Área VII Ingeniería - UAQ
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Área VII Ingeniería
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Área VII
Ingeniería
DESARROLLO DE ELECTRODO ENZIMÁTICO AUTOALIMENTABLE
GLUCOSA OXIDASA-NIAL-LDHS.
María Guadalupe Araiza Ramírez
Asesora: Janet Ledesma García
Universidad Autónoma de Querétaro
Resumen
En este trabajo se desarrolló un bioánodo basado en la inmovilización de la enzima glucosa
oxidasa sobre NiAl hidróxido doble laminares (NiAl-LDHs), los cuales fueron utilizados
por su gran capacidad de retención de la actividad de la enzima y por las propiedades
electrocataliticas del Níquel, para un potencial uso en dispositivos biomédicos Lab-on-a-
Chip. Este electrodo permite la oxidación de la glucosa, la cual está presente en muchos
fluidos corporales, y a partir de esta llevar a cabo la conversión de energía para alimentar
energéticamente pequeños dispositivos electrónicos. Se evaluó el electrodo en celda de
combustible microfluídica obteniendo una densidad de potencia máxima de 1.23mWcm-2
,
este electrodo también permitió realizar la detección del neurotransmisor serotonina.
Antecedentes
Los hidróxidos doble laminares (LDHs) consisten en láminas de hidróxido de metal
separadas unas de otras por aniones y moléculas de agua (Caixia Qi et al., 2006). Por lo
tanto, su estructura laminar y su alta densidad de carga en las láminas las hace muy
atractivas como matriz para la inmovilización de algunas enzimas dependiendo de su punto
isoeléctrico (Dan Shan et al., 2003). En un pH de 6.5 la glucosa oxidasa tiene una carga
negativa y los LDHs carga positiva lo cual puede ser favorable para la adsorción de la
enzima a la superficie de las láminas. El níquel ha demostrado tener una interacción muy
grande con los grupos aminoácidos de la glucosa oxidasa (Guadagnini et al., 2010), es por
eso que junto con el aluminio, se han hecho hidróxidos doble laminares que promueven
una mejor adsorción de la enzima a la superficie (Wang et al., 2005). Los NiAl-LDHs son
unos excelentes soportes para inmovilizar enzimas por varias razones, su alto contenido en
agua proporciona un entorno biocompatible para las enzimas, presenta alta movilidad del
analito y el producto, no son tóxicas y tienen alta estabilidad química e hidrolítica
(González-Sainz et al., 2009. Estos biosensores muestran buenos resultados en términos de
sensibilidad, tiempo de respuesta y estabilidad a largo plazo y para aplicación en
dispositivos Lab-on-a-Chip, el níquel puede tener gran interés en aplicaciones biomédicas
ya que puede ser capaz de medir varios neurotransmisores.
Entre los neurotransmisores, la serotonina (5-HT) es de gran importancia en el estudio
farmacológico y médico debido a la relación que tiene con diversas enfermedades
cardíacas, estrés, trastornos neurológicos y tumores cancerosos (Sanchez-López et al.,
2016) y puede estar presente en diversos fluidos corporales, como es el caso de la sangre.
Descripción del problema
Los dispositivos autoalimentables han ganado atención debido a que no presentan los
inconvenientes de las baterías convencionales, por que a diferencia de las baterías las
celdas de combustible generan electricidad mientras esté disponible el combustible por lo
que no necesitan ser reemplazadas, llevando a cabo la alimentación energética de
dispositivos electrónicos pequeños, realizando la detección de una molécula de interés
presente en la muestra y de la misma realizar la conversión de energía. El desarrollo de
electrodos que lleven a cabo estas funciones aún está en investigación, enfrentando
problemas derivados a los procesos de inmovilización enzimáticos, a la poca densidad de
potencia generado por estos electrodos, por lo que encontrar materiales soporte para el
proceso de inmovilización es la clave para estos problemas.
Justificación del proyecto
La estructura abierta de algunas redes inorgánicas bidimensionales como los hidróxidos
doble laminares (LDH) permite el acomodo de un gran rango de moléculas orgánicas como
las enzimas (Djebbi M, 2014). Estas estructuras tienen buena biocompatibilidad, baja
toxicidad, buena capacidad de intercambio aniónico y comportamiento de adsorción
favorable, además pueden preservar la actividad de las enzimas durante el transporte de
carga lo que los hacen unos excelentes soportes para inmovilizar enzimas.
El níquel es uno de los electrodos metálicos más importantes entre los diversos sistemas de
detección, debido a su reacción redox entre el par Ni (OH)2 / NiOOH (Shibli S, 2005), los
materiales basados en níquel exhiben una actividad de oxidación catalítica importante
(Darvishi S, 2015) por lo que se ha vuelto de gran interés en biosensores.
Hipótesis
La inmovilización de la glucosa oxidasa sobre el NiAl-LDHs es una alternativa a otros
soportes debido a la gran afinidad y a su capacidad de retener la actividad enzimática, lo
que permitirá desarrollar electrodos que pueden ser aplicados en celdas de combustible y
para la detección del neurotransmisor serotonina.
Objetivos
Desarrollar una inmovilización para glucosa oxidasa sobre NiAl hidróxidos dobles
laminares para la creación de bioánodos enzimáticos,
Evaluar el bioánodo desarrollado en celdas de combustibles microfluídicas
utilizando glucosa contenida en soluciones amortiguadoras pH=7.4 y glucosa
contenida en sangre humana real.
Evaluar los electrodos desarrollados para detección de serotonina en soluciones
sintéticas.
Metodología
Para poder evaluar la sensibilidad y el límite de detección de serotonina en los electrodos
se realizó una voltametría de pulso diferencial (DPV) y voltametría cíclica (CV) en una
celda de tres electrodos a temperatura ambiente (25 ± 2 ° C) utilizando un potenciostato /
galvanostato VSP Bio-Logic (Bio-Logic Science Instruments SAS, Claix, Francia) y el
software EC-Lab. Se realizó una tinta con la enzima inmovilizada hecha con la enzima
glucosa oxidasa, los NiAl-LDHs, bromuro de tetrabutilamonio, carbón vulcan y solución
amortiguadora de fosfatos pH 7.5; esta tinta fue depositada sobre nuestro electrodo de
trabajo (carbón vítreo). Se llevó a cabo la detección de serotonina ulizando diversas
concentraciones y se obtuvieron los límites de detección. Se realizó también la evaluación
de este electrodo en celda de combustible microfluídica, utilizando diversas
concentraciones de glucosa como combustibles y un cátodo de Pt.
Resultados y discusión
El bioánodo se caracterizó por microscopía electrónica de barrido para la modificación
superficial evaluada (figura 1). El pH y la temperatura óptimos del bioánodo se
determinaron midiendo la actividad de la enzima variando estos parámetros midiendo la
cantidad de peróxido de hidrógeno producido (figura 2).
La evaluación de la celda microfluídica se llevó a cabo usando diferentes concentraciones
de glucosa en fosfato tamponado en solución y 0.3M de KOH saturado con O2 como
oxidante dando como resultado una densidad de potencia máxima de 1.35 mWcm-2
(figura
3)
Conclusiones
El material fue capaz de detectar la serotonina aun cuando esta se encontraba en
concentraciones muy bajas lo que indica que este material podría ser de gran utilidad en el
área biomédica, en el diagnóstico, prevención o tratamiento de enfermedades. La oxidación
de la glucosa y la conversión de energía que se realiza para el funcionamiento interno del
dispositivo son muy prometedoras debido a que se elimina la necesidad de utilizar fuentes
b)
25 30 35 40 45 5040
60
80
100
Activid
ad
re
sid
ua
l(%
)
Temperatura (°C)
5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.540
50
60
70
80
90
100
110
Act
ivid
ad
re
sid
ua
l (%
)
pH
a) b)
Figura 1. Imágenes SEM del
electrodo de carbono Toray
(a), electrodo GOx / NiAl-LDHs.
Figura 1. Efecto de la temperatura a) y b) pH sobre la
actividad en el electrodo GOx / NiAl-LDHs.
Figura 3. Curvas de polarización y de
densidad de potencia obtenidas a partir
de la celda de combustible microfluídicas
evaluadas a diferentes concentraciones
de glucosa en fosfatos tampón 0.1M, pH
7.4 a 10 mV s-1
como combustible y KOH
0.3M como oxidante.
0 1 2 3 4 50.0
0.3
0.6
0.9
1.2
Densidad de corriente (mAcm-2)
Po
ten
cia
l (V
)
20mM glucosa
10mM glucosa
5mM glucosa
0.0
0.5
1.0
1.5 De
ns
ida
d d
e p
ote
nc
ia (m
Wc
m-2
)
de energía externas, así como también el gasto económico y se aprovecha la glucosa que ya
está presente en la muestra.
Agradecimientos
Autores agradecen al Consejo Mexicano de Ciencia y Tecnología (CONACYT) por el
apoyo financiero a través del proyecto Fronteras de la Ciencia, subvención No. 611,
Laboratorios Nacionales "Laboratorio Nacional de Micro y Nano Fluídica", subvención
No. LN 271649, y Sistema de almacenamiento de energía basado en la purificación y
compresión no convencional de hidrógeno (Electroquímica) "concesión No. 246079 para
el" Fondo Sectorial CONACYT-SENER Sustentabilidad Energética".
REFERENCIAS
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FABRICACION DE POLINES PARA LA INDUSTRIA DE LA COSNTRUCCION
CON GUADUA MEXICANA
Serrano Camacho José Carlos
Universidad Autónoma de Querétaro
Facultad de ingeniería
Orozco Hernández Sergio Alejandro
Universidad Autónoma de Querétaro
Facultad de ingeniería
Dr. Mario Trejo Perea (Asesor)
RESUMEN
Este proyecto va enfocado a usar la guadua mexicana (carrizo) para la
construcción de casas en México, creando polines con las hebras del mismo. Es
una planta que puede encontrarse en la mayoría de los estados de la república
mexicana, si bien es cierto que no es endémica de ciertos lugares pero cerca de
ríos, lagos y estanques, es frecuentemente encontrarlos. Es una solución
sustentable ya que tarda menos en regenerarse y tiene un menor impacto
ecológico sobre la zona.
ANTECEDENTES Y FUNDAMENTACION TEORICA
El bambú ha sido desde hace siglos una planta muy importante para muchos
pueblos del mundo en su proceso de desarrollo, debido a su abundancia, su
facilidad de trabajarlo y a sus más que competentes características para todo tipo
de usos.
Aunque se tenga referencia sobre su uso principal en territorios menos
desarrollados, normalmente empobrecidos y zonas rurales, cada vez encontramos
más construcciones en áreas urbanas y desarrolladas sustentadas con este
material, natural y ecológico, denominado por algunos como el acero vegetal
debido a sus cualidades. En ocasiones el bambú actúa como único elemento y
resiste el todas las cargas. Este tipo de proyectos se empezó a utilizar en países
orientales, después empezó a expandirse por Europa, hasta llegar al continente
americano
DESCRIPCION DEL PROBLEMA
En la industria de la construcción actualmente se utilizan polines de madera los
cuales afectan de manera significativa ya que se obtiene la madera de los árboles
de los bosques y esto causa una deforestación poco sustentable. Lo que nosotros
buscamos es producir polines a partir de la guadua mexicana, que consume
menos recursos tanto naturales, es más barata su producción y podemos obtener
una mayor producción y afectar menos nuestro planeta.
JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO
Una gran ventaja del bambú es que rebrota tantas veces como lo cortemos. Esto
nos garantiza una continuidad en la producción y junto con su rápido crecimiento
es una grandísima ventaja a la hora de llevar a cabo su explotación y
aprovechamiento. Con un período de rotación de 3 años, se pueden recoger entre
3000 a 15000 cañas por hectárea, que equivale a 7.5 - 38 ton/ha. Para
comprender mejor este dato, en Alemania la productividad de leña seca es de 1.4
ton/ha de bosque. A partir del tercer año, al bambú ya es lo suficientemente rígido
como para emplearlo en la construcción. Puede aparecer como elemento auxiliar
de otros materiales, o bien como elemento principal de la estructura. También se
alcanza un alto grado de dureza y es por esto que se utiliza como pavimento
mediante la elaboración de laminados.
Social: Es prácticamente nulo el uso de los polines de carrizo en Querétaro, y es
innovador ya que solo se ha usado en países extranjeros.
En los países en los que abunda este material su uso está más generalizado.
Estamos hablando de la gran mayoría de los países de la zona tropical del
continente africano, los países del sud-este asiático, India, China, Japón y toda la
zona comprendida entre el sur de México y el norte de Argentina.
En México se ha utilizado para viviendas rurales o usos estéticos en las viviendas,
más no se han usado este tipo de polines para el diseño y construcción, solo en
países como China, India, Inglaterra, Colombia, Brasil y Malasia.
Este tipo de polines es más económico por el menor tiempo que tardan en crecer,
la menor cantidad de agua que necesitan y porque pueden obtenerse una mayor
cantidad de toneladas por hectárea que con los polines tradicionales que son
fabricados a partir de pino.
HIPOTESIS
Se crearan los nuevos polines de guadua, tendrán un menor impacto económico
ya que se ahorrará un aproximado de 30% de recursos económicos en
comparación con la madera de pino utilizada comúnmente en los polines de la
industria de la construcción. En cuanto a volúmenes se espera obtener mínimo 5
veces lo que se obtiene de madera pero con guadua. Así vamos a disminuir el
gasto de agua, luz y evitaremos erosión de la tierra, ya que se puede sembrar
todas las veces que se quiera.
OBJETIVO
Desarrollar un polín a base de guadua mexicana, con un diseño innovador donde
dejemos de utilizar la madera de los bosques, desarrollada a bases de procesos
convencionales, sometiéndolos a las mismas pruebas que un polín comercial pero
con la diferencia que es más grande la producción.
Con la finalidad de reducir gastos en general, proteger nuestra naturaleza y el
desarrollo e innovación en construcción.
METODOLOGIA
Se deben seleccionar los carrizos que ya están aptos para ser cortados (entre 2-5
años), se deben medir 30 cm a partir del suelo y ahí se debe cortar. Una vez
cortados se debe hacer una cruz sobre los muñones que quedaron en el suelo
para que se pudra más rápido y pueda usarse ese espacio para nuevos carrizos.
Una vez cortado el carrizo se debe mantener recostado de forma horizontal
evitando que se pandee, esto con una duración de 4-6 semanas. Una vez que
estén secos será posible deshebrarlos de una manera más sencilla, de otra forma
se tendría que usar agua caliente para poder deshebrar los carrizos y además
agregar un tiempo de secado de aproximadamente de 2 semanas. Ya que las
hebras estén listas se pasan por una solución de pegamento blanco y resina
epoxica, para después pasar a una prensa donde unirá las hebras y el polín tendrá
su forma final, ya solo falta pasar al horno a 60°C por 30 minutos para que
obtenga su dureza final y el producto esté listo.
RESULTADOS Y DISCUSION
En cuanto a precio es más económico tanto la producción como la venta del
producto final, un polín de madera de pino de 3”x3”x2.5m ronda el precio de venta
desde los $60 a los $85, con este tipo de polín de guadua podemos obtener un
precio de venta desde $30 a $45. Esta madera tiene una producción más grande
por hectárea en comparación al pino que es la madera más utilizada para los
polines. En cuanto a propiedades físicas y mecánicas es muy parecido a la
madera tradicional e incluso tiene algunas características mejores.
CONCLUSIONES
Con base en lo investigado y lo experimentado nos encontramos que los polines
de guadua son una alternativa revolucionaria para sustituir las técnicas
tradicionales de la madera dentro de la construcción y el diseño de las viviendas,
es más económico, ecológico y puede tener un mayor alcance a nivel nacional.
Con esta nueva tecnología ayudamos a más gente y al planeta al mismo tiempo.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
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IUAV di Venezia.
LOPEZ, L.F.; CORREAL, J.F. (2013). Exploratory study of the glued
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Ciencia y tecnología 2009.
NAVAS GUTIERREZ, ELVIRA (2011). Aplicaciones estructurales de la
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PEREIRA, MARCO ANTONIO; BARATA, TOMAS QUEIROZ (2014).
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species, management, characterization and applications. Key Engeneering
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HIDALGO LOPEZ, O. (1981). Manual de construcción con bambú. Ed.
Estudios Técnicos Colombianos Ltda.
Guzman, David (2005). Connections and slab for bamboo constructions.
The 2005 World Sustainable Building Conference, Tokyo, 27-29 September
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Correal J, Ramírez F, González S, Camacho J. Structural Behavior of Glued
Laminated Guadua Bamboo as a Construction Material. In: Proceedings of
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Pereza, J. Enrique (1997). El bambú como material de construcción. AITIM.
Nº185.
AMERICAN BAMBOO SOCIETY. Bamboo Species Source List. Visto el 29
de Julio de 2018. http://bamboo.org/BambooSourceList/index.php.
CASA CERO ENERGÍA
Autor (Responsable): Cárdenas Ponce Jesús Antonio
Universidad Autónoma de Querétaro
Santiago de Querétaro, Querétaro, México.
Asesor: Omar Chávez Alegría
Universidad Autónoma de Querétaro
Santiago de Querétaro, Querétaro, México.
Resumen
Debido a la creciente demanda de energía y los efectos del calentamiento global, los
edificios de eficiencia energética se han vuelto cada vez más importantes en la
industria de la construcción moderna. Esta investigación se lleva a cabo para evaluar
el rendimiento energético, la viabilidad financiera y ahorro de energía potencial de
casas de cero energía. Integrando estrategias de reducción de energía y utilizando
energía renovable en sitio como energía solar, energía cero se logra el rendimiento Se
encuentra que se puede lograr aproximadamente un 66% de ahorro de energía en la
energía anual del hogar uso centrándose en maximizar el rendimiento térmico de la
envolvente del edificio, minimizando los requisitos de energía e incorporando
tecnologías de energía solar.
Antecedentes (fundamentación teórica)
La construcción ecológica ha atraído una gran reciente atención debido al rápido
aumento del consumo de energía en todo el mundo, el agotamiento de los recursos
energéticos y la preocupación ambiental como el calentamiento global. La energía
global se espera que aumente su consumo en un 56% entre 2010 y 2040 [3]. La carga
de energía del edificio es uno de las principales contribuciones al creciente consumo
de energía y al calentamiento global. Las investigaciones han demostrado en el mundo
que el consumo de energía por parte del sector residencial representa
aproximadamente el 18% del consumo total de energía y se espera que aumente en
un 1.5% por año [4].
La sostenibilidad se ha convertido progresivamente en un problema acuciante en
todo el mundo, y muchos países respaldan políticas para reducir las emisiones de
carbono. Una gran parte de los edificios domésticos siguen dependiendo de los
combustibles fósiles como fuente de energía. [8]
En los últimos años, se han llevado a cabo numerosos estudios sobre el diseño de
edificios orientados al clima para mejorar las condiciones de confort térmico en el
espacio vital y, al mismo tiempo, reducir tanto el consumo energético incorporado
como el operativo [10].
Descripción del problema
El uso de energía no propiciada por el sol o por otros elementos naturales ha causado
un gran cambio y un gran deterioro a nuestro medio ambiente. El calentamiento global
es uno de los ejemplos de estos grandes deterioros al ambiente. Es por eso que la
construcción de edificaciones cero energía han traído cambios positivos y significativos
para nuestro planeta. [8]
Justificación del Proyecto
Es necesario comenzar a pensar en la realización de proyectos que no involucren más
daños a nuestro medio ambiente. [3]. El uso de otros factores proporcionadores de
energía como lo son paneles solares es un cambio significativo para la realización de
un Proyecto de ingeniería civil [7].
Hipótesis
Las casas cero energía neta se están convirtiendo cada vez más en una propuesta
práctica en muchos países. Musall et al. (2010) identificó más de 280 edificios de
energía nula neta principalmente en EE. UU., Canadá, Europa y el Reino Unido,
determinando las estrategias clave para la reducción del consumo de energía como
arquitectura solar pasiva, muy buenos niveles de aislamiento, dispositivos de ahorro
de energía, combinados con energía solar térmica sistemas, bombas de calor y
fotovoltaica. [11]
Objetivo
El objetivo principal de la evaluación de NZEB es cuantificar el impacto de NZEB en la
energía y el medio ambiente. Sin embargo, es necesario aclarar el objeto antes de la
evaluación para dos problemas:
(1) Definición. Se refiere a tres consideraciones básicas: ¿cuáles son los elementos
clave en las definiciones NZEB? ¿Cuál es la relación entre los elementos clave? ¿Y
qué elementos clave en varias definiciones se pueden elegir como un indicador de
evaluación? La diferencia de factores en la definición NZEB definitivamente tendría un
impacto directo en los resultados de la evaluación, aunque los elementos de definición
son limitados en un ámbito de vista común. Por lo tanto, la aclaración de la definición
NZEB haría que la evaluación funcione de manera más efectiva con ciertos factores
en el objeto.
(2) Medidas energéticamente eficientes. Sin embargo, todavía hay algunos factores
inciertos en el objeto de evaluación. La nueva integración con las renovables está
extendiendo el límite tecnológico de NZEB. Por lo tanto, el marco de evaluación
convencional para el edificio con diseño pasivo o BIPV (edificio integrado fotovoltaico)
no se puede adaptar directamente a la evaluación NZEB sin actualizaciones
apropiadas. Debido a que no existe una descripción o limitación específica sobre las
medidas de eficiencia energética utilizadas en NZEB, la incertidumbre de la evaluación
aumentará, además de ciertos factores en la definición. Varias tecnologías
representativas de utilización de energía renovable, que se utilizan ampliamente en
proyectos recientes de NZEB, se presentarán brevemente con el correspondiente
contenido evaluado.
Metodología
Al conocer esta cantidad de energía necesitada para las casas extranjeras nosotros
nos vimos a la tarea de determinar cuantificar la energía en las salidas totales de
nuestro diseño que se ocuparía sumando un total de 65717 kWh al año con una
potencia de aproximadamente 6 kW y conociendo la ficha técnica del panel solar con
un rendimiento de 250 kWh nos dimos cuenta que solo ocupamos 12 paneles que
sean distribuidos en la azotea de la casa con una inclinación de 45° con una orientación
de este a oeste siguiendo la ruta del sol de acuerdo a la altitud de la posición de México
en el mundo.
Se diseñó el modelo de una casa de 2 plantas con dimensiones: 7m de frente por
13.3m de largo obteniendo un área de 93.3 m2.
Fig 1 Diseño de planta baja de la casa cero energía en México.
Figura 1. Diseño de planta baja de la casa cero energía en México
Figura 2. Diseño de planta baja de la casa cero energía en México.
Figura 3. Fachada de la casa prototipo
Figura 4. Corte de la casa prototipo.
Conclusión
Las tecnologías domésticas inteligentes desempeñan una función importante para
gestionar el rendimiento energético y optimizar su consumo. Con el fin de desarrollar
un hogar con cero energía neta asequible, el sistema inteligente de administración de
energía hogareña basado en el concepto de internet de las cosas es uno de los
elementos clave para lograr este objetivo. Al distribuir los teléfonos inteligentes y la
conexión a Internet a nivel mundial, los dispositivos de campo inteligente y los
actuadores facilitan la conexión inalámbrica para monitorear los factores de
funcionamiento de las casas a lo largo del tiempo. El HEMS actúa como un controlador
maestro para registrar, controlar, controlar y administrar los datos de energía. Esta
tecnología avanzada contribuye significativamente a reducir la demanda de energía,
mejorar la respuesta a la demanda y mejorar la conciencia y el comportamiento de los
ocupantes.
Referencias
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[8] Xing Y, Hewitt N, Griffiths P. Zero carbon buildings refurbishment – A Hierarchical
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zero energy homes. Energy Policy, 72, 122-137.
FLOCULACIÓN COMO TRATAMIENTO DESCENTRALIZADO PARA AGUAS
GRISES GENERADAS EN LA INDUSTRIA EN QUERÉTARO
Datos generales:
Acosta García Daniela, Alvarez Gaona Javier, Colín Puig Ricardo, Reséndiz
Mendoza América Gabriela
Investigador asesor: M. en C. Marcela Susana Dunhe Ramírez
Universidad Autónoma de Querétaro
Resumen:
Uno de los retos más importantes que debemos enfrentar en los próximos años es la
escasez del agua; el reúso de aguas grises en usos indirectos (riego, lavado de auto,
descargas de WC, entre otros) es uno de los métodos más atractivos debido a la
baja contaminación del agua gris. Este proyecto busca diseñar un sistema
económico y de bajo consumo energético que reúse aguas grises en una empresa
de manufactura en el estado de Querétaro. El agua reutilizada provendrá de la
limpieza de pisos cercanos a las máquinas, por lo que contiene jabones
desengrasantes y lubricantes para máquinas. Se utilizó cal y yeso de mina como
floculante para mejorar la calidad del agua para ser reutilizada. De acuerdo con los
resultados, la cal es más efectiva debido a su gran sedimentación y claridad
alcanzada, pero tiene la desventaja de aumentar el pH.
Fundamento teórico:
El agua gris es el agua residual obtenida de las descargas del fregadero, de las
bañeras, de las duchas, de las lavadoras, y de los lavaplatos, aunque las descargas
del fregadero y del lavaplatos podrían ser omitidas [1]. Estas descargas componen
alrededor del 75% de todas las aguas residuales producidas en un hogar regular, o
en una casa con un inodoro de vacío, alrededor del 90% de todas las aguas
residuales producidas [2]. Esta agua gris se compone predominantemente de
carbohidratos, proteínas, grasas, detergentes y jabones [3]. Debido a la
contaminación relativamente baja del agua gris, es más fácil de tratar que el agua
negra, y, por lo tanto, su tratamiento consume mucho menos energía.
Sin embargo, los estudios han demostrado que el agua gris tiene una alta
concentración de demanda bioquímica de oxígeno que hace el tratamiento para la
reutilización del agua gris una necesidad (contradiciendo la creencia general).
La turbidez y el color del agua principalmente son producidas por partículas muy
pequeñas, llamadas coloidales. Estas partículas se mantienen suspendidas en el
agua por un largo periodo de tiempo y puede pasar por un filtro muy fino debido a
que la concentración es muy estable (ya que las partículas no tienden a juntarse).
La coagulación es el efecto producido por la adición de un químico a una solución
con dispersión coloidal, dando como resultado la desestabilización de las partículas
por la reducción de las fuerzas que tienden a mantener las partículas separadas [4].
El propósito de la floculación es favorecer que las partículas se aglutinen para formar
un flóculo, que puede ser removido fácilmente por decantación y filtración. Además,
el proceso reduce olores y reacciona con microorganismos. Para este estudio de
tratamiento de aguas grises se utilizaron como coagulantes la cal y el yeso.
La cal (Ca(OH)2) es un coagulante muy económico, que trabaja con un pH alcalino
entre 9-11. Algunas de las ventajas que tiene con respecto a otros coagulantes, es
su habilidad para sedimentar metales pesados (arsénico, cadmio, zinc, entre otros)
que se encuentran en la solución.
El yeso, otro coagulante económico, tiene un pH de 8.5 o menor. Pero tiende a
trabajar mejor con soluciones con un pH entre 5 y 7.5 [5].
Descripción del problema:
El rápido crecimiento económico e industrial de muchos países en los últimos quince
años ha causado varios problemas medioambientales, incluida una crisis mundial del
agua potable. Es sumamente importante que se comiencen a buscar alternativas
para contrarrestar este problema.
Justificación del proyecto:
Debido a que Querétaro tiene una gran producción industrial, es necesario comenzar
a buscar soluciones al aumento de la Huella de Agua Gris (GWF, del inglés Grey
Water Footprint) que genera la actividad industrial en el estado. Cualquier tipo de
tratamiento de agua descentralizado parece ser una elección atractiva para
Querétaro.
Sin embargo, puesto que todo el tratamiento de aguas requiere un consumo de
energía (y a la vez la producción de energía utiliza grandes cantidades de agua),
podemos decir que una escasez de agua causará al mismo tiempo una crisis
energética [6] [7] [8]. Por lo tanto, es muy importante diseñar un sistema de
tratamiento de agua que pueda ser lo más eficiente energéticamente posible.
Hipótesis:
El uso de cal o yeso de mina como floculantes puede lograr la calidad de agua
necesaria (indicada en la norma: NOM-003-SEMARNAT-1997 y en el Manual de
Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento libro 35), para que el agua gris
producida en una empresa pueda reutilizarse en usos indirectos (descargas de WC,
limpieza de pisos o autos, entre otros).
Objetivo:
Estudiar y realizar pruebas con los coagulantes (cal y yeso) para determinar cuál
será más efectivo para tratar los componentes del agua gris obtenidos de una
industria en Querétaro, así como determinar el uso que se puede dar al agua tratada.
Metodología:
En primer lugar, determinamos el pH, que es un parámetro que nos sirve para
determinar si es apta para usos directos.
El equipo usado para medir el pH fue pH/COND METER modelo D-54 marca
HORIBA. El procedimiento que llevamos a cabo fue: verificar la calibración del
equipo, colocarlo en el modo de medición de pH, colocar el electrodo en un
contenedor con el agua gris y también en otro contenedor cuando se le agrega el
coagulante, presionar el botón MEAS y anotar la lectura cuando el equipo indique la
lectura adecuada. Para obtener un valor promedio, se realizaron 3 mediciones.
Después determinamos la conductividad eléctrica, la cual tiene relación con los
sólidos disueltos totales en el agua. El equipo usado para medirla fue pH/COND
METER modelo D-54 marca HORIBA. El procedimiento que llevamos a cabo fue:
verificar la calibración del equipo, colocarlo en el modo de medición de
conductividad, colocar el electrodo a una profundidad constante en un contenedor
con el agua gris y también en otro contenedor cuando se le agrega el coagulante,
presionar el botón MEAS y anotar la lectura. Para obtener un valor promedio, se
tomaron 3 medidas.
Por último, determinamos la cantidad de sólidos sedimentables generados por los
floculantes. La prueba de sólidos sedimentables consiste en medir el volumen de
sólidos que se sedimentan por un litro de agua al fondo de los conos de Imhoff,
después de una hora.
La sedimentación se midió de acuerdo con la norma NMX-AA-004-SCFI-2013. El
procedimiento consiste en mezclar, por el método de jarras, durante 1 min a 10 rpm 1
lt de la muestra con 2 g de coagulante (por cada coagulante). Luego vaciar la
muestra bien mezclada en el cono de Imhoff hasta la marca de un litro. Esperar a
que la muestra se sedimente por 45 min, revolver la muestra con un agitador para
quitar los sólidos que se quedan pegados en las paredes del cono de Imhoff, dejar
sedimentar por 15 minutos y finalmente tomar la medida en mililitros del cono de
Imhoff.
Figura 1. Prueba de jarras Figura 2. pH Figura 3. Medida
Resultados y discusión:
TABLA I. CARACTERÍSTICAS DEL AGUA GRIS CRUDA
Parámetro Agua gris cruda
pH 10.98
Conductividad eléctrica 4.12 S/m
TABLA II. COAGULACIÓN
Parámetro Cal Yeso
pH 13.1 10.85
Conductividad eléctrica 5.84 S/m 5.26 S/m
Sólidos sedimentables 100mL/L 50mL/L
TABLA III. CARACTERÍSTICAS POR NORMA
Parámetro Valor Norma
pH 6-9 Directrices de OMS para uso recreativo
Sólidos Disueltos totales <15 mg·L-1 Directrices de OMS para reúsos municipales no potables.
Sólidos Suspendidos Totales 1 200 mg·L-1 Directrices de OMS para reúsos municipales no potables.
El análisis de pH, en la figura 2, se usó como primer parámetro y los resultados
mostraron que el hidróxido de calcio elevó el pH del agua en comparación con el
yeso, como se observa en la tabla I y en la tabla II. El agua gris cruda mostró una
medida media de 10,98, el agua obtenida después de la coagulación con el hidróxido
de calcio demostró una medida de 13,1 y el agua obtenida después de la
coagulación con yeso mostró una medida de 10,85. Esto puede deberse a una
cantidad excesiva de hidróxido de calcio en la mezcla. El agua tratada con este
proceso no es apta para el consumo humano ni usos en contacto directo, pero podría
ser utilizada para fines de limpieza en pisos en las empresas.
Conclusiones:
El agua gris tratada con yeso tenía visibles solidos suspendidos y el agua no se
aclaró, por lo que se concluye que el yeso no es apropiado para tratar este tipo de
agua gris.
Por el momento la mejor opción para el tratamiento del agua obtenida de la empresa
es la cal, a pesar de que aumenta el pH (lo que quiere decir que no se utilizará en
usos de contacto directo).
Sería pertinente verificar el contenido de grasas del agua antes y después del
tratamiento para verificar su cumplimiento con la norma (NOM-003-SEMARNAT-
1997).
Referencias:
[1] Fountoulakis, M. S., Markakis, N., Petousi, I., & Manios, T. (2015). Single
house on-site grey water treatment using a submerged membrane bioreactor
for toilet flushing. Elsevier, 706-711.
[2] Hernández Leal, L., Temmink, H., Zeeman, G., & Buisman, C. J. (2010).
Characterization and anaerobic biodegradability of greywater. Elsevier, 111-
115.
[3] Chanakya, H., & Khuntia, H. K. (2014). Treatment of gray water using
anaerobic biofilms created on synthetic and natural fibers. Elsevier, 186-192.
[4] AWWA Annual Conference. (2015). Coagulation and Filtration: Pilot to Full
Scale. AWWA Seminar Proceeding.
[5] Hernández, A. (2011). Alternativa de sulfato de calcio di hidratado (Ca
SO4.2H2O) en el tratamiento primario de aguas residuales para la ciudad de
Querétaro. UAQ
[6] Wanjiru, E., & Xia, X. (2017). Sustainable energy-water management for
residential houses with optimal integrated grey and rain water recycling.
Elsevier, 1151-1166.
[7] Xu, M., Li, C., & Lu, S. (2017). Sustainable water resources utilization on
energy industry based on the gray water footprints assessment in Hunan
province. Elsevier, 3758-3764.
[8] Silva Vieira, A., & Enedir, G. (2016). Water-energy nexus in low-income
houses in Brazil: the influence of integrated on-site water and sewage
management strategies on the energy of water and sewerage services.
Elsevier, 145-162.
[9] NOM-003-SEMARNAT-1997
[10] NMX-AA-004-SCFI-2013
[11] Manual de Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento, libro 35.
ESTUDIO DE CONDICIONES IDÓNEAS PARA SÍNTESIS QUÍMICA SOSTENIBLE
DE MATERIALES SEMICONDUCTORES CON PROPIEDADES
OPTOELECTRÓNICA. ESTUDIO DE REPETIBILIDAD.
Arturo Contreras Serrato, Brenda Paulina Copado Padilla, Mónica Balvanera Ortuño López, Guadalupe Barreiro Rodríguez, Jöns Sánchez. Tecnológico Nacional de México - I.T.Querétaro
Asesor: [email protected] ; Estudiante: [email protected]
Resumen
En el presente trabajo se estudia el proceso de la síntesis de películas delgadas de
CdS mediante la técnica de depósito de baño químico (DBQ) para determinar el grado
de repetibilidad de una fórmula seleccionada, que permite la obtención de
recubrimientos estables y homogéneos. Se realizaron diez réplicas de la fórmula
elegida, con las que se analizó el grado de dispersión de sus propiedades. La
caracterización óptica con la que se evaluó la repetibilidad se llevó a cabo mediante
un espectrofotómetro UV-Vis, también se realizó una caracterización estructural
mediante un difractómetro de rayos X, así mismo se determinaron los espesores de
las muestras mediante la técnica de perfilometría.
Antecedentes y/o fundamentación teórica
El CdS es un semiconductor del grupo II-VI que, en forma de película delgada, es un
material muy relevante en el campo de la optoelectrónica tiene aplicaciones de gran
potencial en diversos dispositivos tales como: detectores de radiación, fotosensores,
filtros de radiación, láseres y celdas solares (J. Joy Jeba Vijila, 2017) (H. Moualkia,
2014). En gran parte de las aplicaciones es necesaria la impurificación del material
(Optics, 2015), con el fin de disminuir su resistividad eléctrica. El principio básico del
método químico de preparación de películas delgadas semiconductoras, es el control
adecuado de la precipitación y depósito del sólido semiconductor (D., 1993) (Y., 1993).
En relación a los mecanismos de la reacción de síntesis de las películas delgadas de
CdS, se ha reportado que se distinguen cuatro etapas de la reacción de crecimiento:
la fase de incubación, la fase nucleación, la fase de crecimiento y la fase de
terminación (Cook G., 1991) (I., 1994) (S. Rajathia, 2017). Cambios críticos en las
condiciones de la reacción, pueden producir variaciones cualitativas y cuantitativas en
las reacciones individuales del mecanismo.
A pesar de los buenos resultados que se han reportado para la metodología DBQ,
poco se ha estudiado sobre la estabilidad de los recubrimientos producidos, desde el
punto de vista de sus propiedades. Existen datos que permiten un análisis de la
variación los cuales nos indicaran su desviación estándar del proceso y un intervalo
de confianza y su coeficiente de variación, con el que se puede inferir la constancia de
la reacción de la fórmula dentro del baño químico.
Descripción del problema
La repetibilidad de un método mejorado de síntesis de películas delgadas de CdS por
la técnica DBQ, basada en el análisis de la dispersión de los datos de sus propiedades.
Justificación del proyecto
Se planteó para esta parte del proyecto, además del desarrollo de fórmulas con una
menor concentración de agentes tóxicos, el análisis de la repetibilidad del proceso con
el objeto de acercar la posibilidad de aplicar esto para el desarrollo de tecnologías más
más simples, económicas y amigables con el ambiente.
Hipótesis
Los métodos para la síntesis de películas delgadas de semiconductoras son altamente
repetibles y reproducibles, lo que representa una gran y muy conveniente área de
oportunidad para la implementación de desarrollos tecnológicos más sostenibles.
Objetivos
Sintetizar capas delgadas de CdS mediante CBD; Determinar la influencia de la
dilución de la formula base y de la proporción del agente acomplejante en la adherencia
y espesor de las películas características de los recubrimientos; Analizar las
propiedades ópticas, morfológicas y estructurales de las películas de CdS; Estudiar la
repetibilidad de las propiedades de los recubrimientos.
Metodología
Se procedió a la preparación de diez reactores para el crecimiento de 50 películas de
CdS (cinco sustratos por reactor) los que se etiquetaron como I, J, K, L, N, O, P, Q, R
y S. Para estos se realizó en una solución reactiva preparada por una adición
secuencial de 10ml de 𝐶𝑑𝐶𝑙2 (0.05M), 2.5ml de 𝐶6𝐻5𝑂7𝑁𝑎3 (citrato de sodio) (1M),
0.5ml de KOH (1M), 10ml de Buffer y 5ml de 𝐶𝐻4𝑁2𝑆 (0.94M) para cada uno de los
reactores. A estas soluciones se le agregó agua desionizada para completar el
volumen de 50ml de cada vaso de precipitado. Se mantuvo la temperatura de 70°C, el
tiempo de depósito utilizado para estos crecimientos es de 60, 75, 120, 150 y 210 min
para cada serie. Las películas depositadas fueron caracterizadas ópticamente usando
un espectrofotómetro UV-Visible Hach DR6000 y un perfilómetro para la determinación
de sus espesores.
Se realizó el análisis estadístico para determinar el error estándar y los intervalos de
confianza para el proceso de repetibilidad de la fórmula crecida, el cual se basa
graficando los valores del borde de absorción de los espectros de absorción. Mediante
el software minitab se calculó su desviación estándar y con ella se realizó una
identificación de intervalos de confianza del 95% para así poder establecer su
coeficiente de variación y compararlos entre ellos.
Discusión de resultados
Con los resultados de perfilometría en la figura 1 se puede inspeccionar visualmente
que las películas entre las series 4, P y Q es muy similar entre ellas.
Figura 1. Imágenes de perfilometría
En las figuras 2 a 4 se puede apreciar a simple vista que las réplicas para los tiempos
de depósito de 60’, 150’ y 210’ respectivamente, presentan un bajo grado de dispersión
de los bordes de absorción de alrededor de 500 nm, dato característico de los
recubrimientos de CdS.
En la figura 5 y 6 se presentan los resultados del análisis estadístico de los datos
obtenidos del borde de absorción, derivados del proceso de replicación y el análisis de
las propiedades ópticas de las películas, donde se comprueba la buena repetibilidad
Película Q (150´) Película P (150´)
Película 4 (150´)
de la metodología estudiada. Se observa que los datos obtenidos por las réplicas no
presentan una distribución normal ya que al tener pocas réplicas y una baja distribución
estándar indica que el error entre ellas no es significativo. Se determina una desviación
estándar de 3.64 y un intervalo de confianza del 95% de replicación del proceso, se
reporta que el intervalo del borde de absorción para esta reacción y proceso es de
492.19nm a 497.07nm, con un coeficiente de variación muy bajo de 0.74%.
Figura 2. Absorbancia para el tiempo 1 (60’)
Figura 3. Absorbancia para el tiempo 4 (150’)
Figura 4. Absorbancia para el tiempo 5 (210’) Figura 5. Prueba de normalidad para el borde de
absorción, “no presenta distribución normal”
Figura 6. Cuadro de Resultados del estudio estadístico de la repetibilidad e histograma para el borde de absorción.
Como se muestra en la tabla 1 se tiene un coeficiente de variación de 11.14% para los
espesores. Considerando el orden de magnitud de los espesores de los recubrimientos
y el límite de detección del instrumento superior a los 50 nm, se puede deducir que la
repetibilidad del proceso y fórmula es buena.
Tabla 1. Espesores y datos estadísticos del recubrimiento de CdS obtenidos mediante perfilometría.
Película 4 (150´) 32.66
Película P (150´) 40.33
Película Q (150´) 39.33
DESVIACIÓN ESTANDAR 4.17
MEDIA 37.44
COEFICIENTE DE VARIACIÓN 11.14%
El análisis preliminar de las características estructurales de las películas de CdS,
demuestran que se trata de películas policristalinas, de estructura hexagonal compacta
y tamaños de grano promedio de 7.9 nm, y distancias interplanares para los planos
(100), (002) y (101) de 3.33 Å, 0.96 Å y 0.78 Å respectivamente. Se espera que las
propiedades estructurales de los recubrimientos, calculados a partir de los resultados
de la difracción de rayos X presenten también bajos grados de dispersión en sus datos,
como los del borde de absorción, pero esto se corroborará posteriormente en la
siguiente etapa del proyecto.
Conclusiones
El grupo de estudio pretende seguir indagando en estos estudios, creciendo el número
de muestras y expandiendo los parámetros de medición y estadísticos que nos
permitirán establecer la repetibilidad manera más amplia. Se sintetizaron diez réplicas
1er cuartil 490.09
Mediana 496.29
3er cuartil 497.59
Máximo 498.60
492.19 497.07
490.07 497.59
2.54 6.38
A-cuadrado 0.73
Valor p 0.040
Media 494.63
Desv.Est. 3.64
Varianza 13.22
Asimetría -0.57753
Curtosis -1.46793
N 11
Mínimo 488.94
Prueba de normalidad de Anderson-Darling
Intervalo de confianza de 95% para la media
Intervalo de confianza de 95% para la mediana
Intervalo de confianza de 95% para la desviación estándar
498496494492490488
Mediana
Media
498496494492490
Intervalos de confianza de 95%
Informe de resumen de BORDE
1er cuartil 490.09
Mediana 496.29
3er cuartil 497.59
Máximo 498.60
492.19 497.07
490.07 497.59
2.54 6.38
A-cuadrado 0.73
Valor p 0.040
Media 494.63
Desv.Est. 3.64
Varianza 13.22
Asimetría -0.57753
Curtosis -1.46793
N 11
Mínimo 488.94
Prueba de normalidad de Anderson-Darling
Intervalo de confianza de 95% para la media
Intervalo de confianza de 95% para la mediana
Intervalo de confianza de 95% para la desviación estándar
498496494492490488
Mediana
Media
498496494492490
Intervalos de confianza de 95%
Informe de resumen de BORDE
de películas delgadas de CdS mediante una fórmula seleccionada de DBQ. Se
determinaron las propiedades ópticas de las películas por la técnica de
espectrofotometría UV-Vis y perfilometria para la estimación de los espesores. Se
evaluó la repetibilidad de la fórmula para el crecimiento por DBQ de películas delgadas
de CdS, obteniendo un bajo coeficiente de variación de 0.74% y un intervalo de
confianza del 95% de 492.19nm a 497.07nm, se puede concluir en base a estos datos
que la repetibilidad del proceso y fórmula es muy buena.
Referencias Bibliográficas
Cook G., L. B. (1991). Photovoltaic Fundamentals. Springfield: SERI-US Government Printing. D., O.-B. R. (1993). Mechanism of Chemical Bath Deposition of Cadmium Sulfide Thin Film in
the Amonia.Thiourea System. J. Electrochem Soc. , 140. Fuyi Chen, W. J. (2008). Effects of supersaturation on CdS film growth from dilute solutions on
glass substrate in chemical bath deposition process. Thin Solid Films, 2823-2828. H. Moualkia, G. R. (2014). Influence of the film thickness on the photovoltaic properties of
chemically deposited CdS thin films: Application to the photodegradation of orange II. Materials Science in Semiconductor Processing, 186-193.
I., G. (1994). Chemistry Letters. The Chemical Society of Japan. J. Joy Jeba Vijila, K. M. (2017). Effect of copper concentration on the properties of chemically
deposited MoSb2-xCuxSe4/CdS thin film absorbing layer for photovoltaic applications. Materials Research Bulletin, 188-195.
Optics, O. -I. (2015). Effect of Cu-doping on structural, optical and photoluminescence properties of CdS thin films. M. Muthusamy, S. Muthukumaran, 5200-5206.
S. Rajathia, K. K. (2017). Preparation of nanocrystalline Cd-doped PbS thin films and theirstructural and optical properties. Journal of Taibah University for Science, 1296–1305.
Y., H. (1993). Photovoltaics Power in World Solar Suminint. Paris.
Agradecimientos
A la organización del 20° Verano de la Ciencia, por su labor al acercar la ciencia a los estudiantes de nivel superior. Al Tecnológico Nacional de México/I.T. Querétaro, a través del Laboratorio de Materiales y su auxiliar Juan Carlos Méndez Méndez, por las facilidades otorgadas para el desarrollo de este proyecto. Al Proyecto Interno “Estudio de condiciones idóneas para la síntesis química sostenible de materiales semiconductores con propiedades optoelectrónicas” clave de registro ITQ-LI-009-2017, por el presupuesto destinado para la realización de este trabajo. Al CINVESTAV Unidad Querétaro, por el apoyo otorgado para la caracterización y análisis de los materiales sintetizados. De manera muy especial al Dr. José Martín Yáñez Limón y a su equipo el Ing. Carlos Alberto Ávila Herrera, el M.T. Rivelino Flores Farías y el M.C. Fernando Garibay Martínez, por invaluable colaboración.
ESTUDIO DE CONDICIONES IDÓNEAS PARA SÍNTESIS QUÍMICA SOSTENIBLE DE MATERIALES SEMICONDUCTORES CON PROPIEDADES
OPTOELECTRÓNICA
Brenda Paulina Copado Padilla, Arturo Contreras Serrato, Mónica Balvanera Ortuño López, Edith Hernández Barrón, Guadalupe Barreiro Rodríguez, Jöns Sánchez
Tecnológico Nacional de México - I.T.Querétaro Asesor: [email protected]; Estudiante: [email protected]
Resumen
En el presente trabajo se reporta la influencia de la concentración de la solución
reactiva, el agente acomplejante (citrato de sodio) y el tiempo de depósito en las
propiedades ópticas, propiedades estructurales, adherencia y en el espesor de
películas delgadas de CdS, las cuales fueron sintetizadas mediante la técnica de
depósito de baño químico (CBQ). Se desarrollaron fórmulas diluidas, de
concentraciones variables de Citrato de Sodio, de las que se obtuvieron recubrimientos
estables y homogéneos. La caracterización óptica se llevó a cabo mediante un
Espectrofotómetro UV-Vis, las propiedades estructurales se determinaron mediante un
Difractómetro de rayos X, así mismo se utilizó un Perfilómetro para determinar el
espesor de las muestras.
Antecedentes y/o fundamentación teórica
La celda solar policristalina en donde el CdS funciona como ventana de la radiación
solar, como en la celda de CdS/CdTe, ha representado un gran adelanto tecnológico
en materia de conversión fotovoltaica (Kumazawa S., 1997). Para lo cual son
necesarios procedimientos de síntesis muy sofisticados, haciendo a estas tecnologías
poco accesibles, debido al alto costo de la producción de dichos paneles solares a
gran escala. El uso de materiales policristalinos representa otra generación de celdas
solares, constituidas de capas producidas empleando métodos menos sofisticados
que los de sus antecesoras. Con estas tecnologías los costos de producción
disminuyen en gran medida, con poco o nulo sacrificio sobre las propiedades
estructurales y ópticas de los componentes y sobre eficiencia en la conversión
fotovoltaica de los dispositivos (A.A. Ojo, 2016) (Alessio Bosio, 2006) (Yong-Duck
Chung, 2011). La capa de CdS de una celda puede sintetizarse por CBD. Esta capa
funciona como la capa n de la celda, y su espesor varía de entre 50 y 100 nm.
Actualmente ya se comercializan celdas de películas delgadas utilizando la técnica
CBD para la ventana de CdS, que han resultado muy promisorias debido al bajo costo
de producción y sus altas eficiencias (15-18.8%) (Gary, 2003) (Kumazawa S., 1997).
CBD (A.A. Ojo, 2016). Este método de obtención de CdS no requiere de condiciones
experimentales complejas, consiste en la inmersión de los substratos en una solución
reactiva acuosa de pH alcalino y que está compuesta por iones libres (Cd+2 y S-2)
lentamente generados. Esta solución reactiva es el baño químico, solución de
crecimiento o de reacción. La temperatura necesaria para la reacción de depósito es
relativamente baja, comparadas con otras tecnologías, comúnmente se emplean
temperaturas que oscilan entre los 70 a 90 °C. La cinética de los crecimientos DBQ se
controla a través de las variables del depósito, como el pH, la temperatura y la
concentración relativa de los reactantes. Existen reportes dedicados al análisis de la
influencia de algunos de estos parámetros de reacción (H. Moualkia, 2014) (Fuyi Chen,
2008) (M. Cao, 2012).
Descripción del problema
La síntesis y caracterización de películas delgadas de CdS, de buenas características
y propiedades ópticas, estructurales y morfológicas que sean comparables con las de
otras tecnologías.
Justificación del proyecto
Se planteó para este proyecto el desarrollo de fórmulas diluidas para la síntesis de
películas delgadas de CdS, formulas con una menor concentración de agentes tóxicos,
que produzcan materiales útiles para ser aplicados en el desarrollo de tecnologías más
simple, económicas y amigables con el ambiente.
Hipótesis
Es posible producir películas homogéneas de CbS bien adheridas a su substrato,
empleando nuevas formulaciones DBQ de bajas composiciones y ampliar la
comprensión que se tiene sobre los mecanismos sustanciales de la síntesis y su
interrelación con el comportamiento de dichos materiales.
Objetivos
Sintetizar capas delgadas de CdS mediante CBD; Determinar la influencia de la
dilución de la formula base y de la proporción del agente acomplejante en la adherencia
y espesor de las películas características de los recubrimientos; Analizar las
propiedades ópticas, morfológicas y estructurales de las películas de CdS; Estudiar la
repetibilidad de las propiedades de los recubrimientos.
Metodología
Las películas delgadas de CdS fueron crecidas sobre sustratos de vidrio con la técnica
de depósito de baño químico constituida por una solución acuosa dentro del reactor
de 50ml y se colocaron cinco sustratos, a una temperatura constante de 70°C. La
fórmula D fue crecida en tiempos de 15, 30, 60, 90, 120 min, mientras que las fórmulas
M1, 4 y 5 fueron crecidas en 15, 30, 60, 75, y 90 min. En la tabla 1 se comparan las
concentraciones molares de los iones participantes en cada fórmula de crecimiento.
Tabla 1. Concentraciones molares de las formulaciones estudiadas,
Solución/Formula D M1 4 5
[Cd+2] 0.01 0.01 0.01 0.0125
[Citrato+3] 0.1 0.05 0.03 0.1
[OH-1] 0.01 0.01 0.01 0.05
[S-2] 0.094 0.094 0.094 0.05
Estas series tuvieron una caracterización preliminar la cual consto de una revisión
macroscópica de características físicas y un análisis con el espectrofotómetro UV-Vis,
dados los resultados obtenidos la serie 4 se denominó como la formula base para este
trabajo a la cual se le buscó una mejora de propiedades y una reducción de
componentes. Antes se decidió extender el tiempo de depósito para las series 4 y 5 en
tiempos de depósito de 90, 120, 150, 180 y 210 min respectivamente, por cada serie
crecida. Las películas depositadas fueron caracterizadas usando un espectrofotómetro
UV-Visible Hach DR6000 (EUV), un Difractómetro de Rayos X Rigaku y un Perfilómetro Bruker
Contour GT.
Resultados y discusión
Al aplicar la técnica de EUV se obtuvieron espectros de la figura 1, que muestran el
comportamiento óptico de la serie M1, donde se logra apreciar que el borde de
absorción se encuentra en una posición característica para el CdS, alrededor de los
526 nm. En la figura 2 se presentan los espectros de transmisión, que indican que los
recubrimientos tienen alta transparencia entre 60 y 80% por encima de los 450nm,
siendo opacos por debajo del mismo. Esto indica que los recubrimientos pueden
funcionar apropiadamente como ventanas de prácticamente toda la región visible y
como filtros que impiden el paso de radiaciones inferiores a los 450 nm incluyendo la
región del ultra violeta.
Figura 1 Espectros de absorción de la serie M1 Figura 2 Espectros de transmisión serie M1
Las figuras 3 a 6 corresponden a los espectros de las series 4 y 5 respectivamente, y
muestran comportamientos ópticos similares en cuanto a la transparencia, más no así
para la ubicación del borde de absorción, ubicándose alrededor de 500 nm para ambas
series. También se observa claramente la evolución del crecimiento de los
recubrimientos, con el tiempo de depósito.
Figura 3. Espectros de absorción de la serie 4 Figura 4. Espectros de transmisión de la serie 4
En la figura 7 se aprecian que los espesores de las películas de la formula D son
sustancialmente mayores a los de las fórmulas diluidas 4 y 5, así mismo estas
últimas tiene una apariencia menos homogénea de acuerdo a la imagen. Los datos
de la tabla 2 muestran que el orden de magnitud de los espesores de las películas
diluidas es muy bajo para el límite de detección de 50nm del instrumento. Lo anterior
indica que esta estimación tiene un grado considerable de inexactitud e imprecisión.
Figura 5 Espectros de absorción de la serie 5 Figura 6 Espectros de transmisión de la serie 5
Figura 7 Perfilometría de las películas de CdS
Tabla 3. Propiedades estructurales de los recubrimientos de CdS.
La figura 8 muestra los patrones de difracción de rayos X de una película de 90 min de
depósito de la serie D. Este patrón muestra que las películas tienen una estructura
policristalina hexagonal compacta. En la Tabla 3 se muestra el resultado de los
cálculos de otras propiedades estructurales. Se espera que los espectros de difracción
de rayos X de las películas diluidas presenten un comportamiento similar a los de la
fórmula D. Se profundizará más en este estudio en una etapa posterior del proyecto.
Conclusiones
Se sintetizaron capas delgadas de CdS mediante la técnica de Depósito en Baño
Químico, a partir de fórmulas diluidas de diferente proporción. Las películas obtenidas
por una proporción citrato de sodio/cadmio 0.05/0.01M (formula 4), obtuvieron una
tonalidad amarillenta verdosa clara, perfectamente homogéneas, fuertemente
adheridas al sustrato de vidrio con cierta transparencia, así como reflexión especular.
Se comprobó que el agente acomplejante tiene una influencia directa en la velocidad
de crecimiento y en la homogeneidad de las películas dado que los recubrimientos
antes especificados tuvieron un índice de crecimiento regular. Los resultados muestran
que la proporción óptima citrato/cadmio para fórmulas diluidas, se encuentra por
debajo de 0.1/0.001 M y por encima de 0.03/0.001 M. Los bordes de absorción,
transmitancia y propiedades estructurales que se encontraron para las películas
estudiadas son característicos del CdS, y demuestran el potencial de los materiales
obtenidos para aplicaciones fotovoltaicas. Los bajos espesores de la mayoría las
películas diluidas es un aspecto de este proyecto en el que seguiremos trabajado, no
obstante, se presenta suficiente evidencia de que con las fórmulas probadas se
podrían sintetizar películas de espesores adecuados para las celdas solares.
Referencias bibliográficas
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Fuyi Chen, W. J. (2008). Effects of supersaturation on CdS film growth from dilute solutions on glass substrate in chemical bath deposition process. Thin Solid Films, 2823-2828.
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Yong-Duck Chung, D.-H. C.-M.-S. (2011). Effect of annealing on CdS/Cu(In,Ga)Se2 thin-film solar cells. urrent Applied Physics, S65-S67.
Agradecimientos especiales.
A la organización del 20° Verano de la Ciencia, por su labor al acercar la ciencia a los estudiantes de nivel superior. Al Tecnológico
Nacional de México/I.T. Querétaro, a través del Laboratorio de Materiales, por las facilidades otorgadas para el desarrollo de este
proyecto. Al Proyecto Interno “Estudio de condiciones idóneas para la síntesis química sostenible de materiales semiconductores
con propiedades optoelectrónicas” clave de registro ITQ-LI-009-2017, por el presupuesto destinado para la realización de este
trabajo. Al CINVESTAV Unidad Querétaro, por el apoyo otorgado para la caracterización y análisis de los materiales sintetizados.
De manera muy especial al Dr. José Martín Yáñez Limón y a su equipo el Ing. Carlos Alberto Ávila Herrera, el M.T. Rivelino Flores
Farías y el M.C. Fernando Garibay Martínez, por invaluable colaboración.
OBTENCIÓN DE PARTÍCULAS DE PLATA MEDIANTE SÍNTESIS QUÍMICA
Viviana de Santiago Ramírez1, Oscar Gómez Guzmán
2*, Mónica Balvanera Ortuño López
2 y
Cynthia Graciela Flores Hernández2
RESUMEN
En el presente trabajo se presentan los resultados de las partículas de plata
obtenidas mediante síntesis química. Los precursores utilizados en la síntesis fueron
nitrato de plata, agua destilada, ácido gálico y para obtener un valor de pH de 11 en
las soluciones preparadas se usó hidróxido de sodio. Estas soluciones fueron
mezcladas con agitación magnética y posteriormente secadas a 100°C por 24 horas
para la obtención de las nanopartículas de plata (NPsAg). Las micrografías obtenidas
por SEM y las bandas de absorción obtenidas por Uv-vis muestran la presencia de
las NPsAg. Finalmente, estas NPsAg fueron dispersas en PLA para futuras estudios
y su aplicación como envoltura para alimentos con actividad antimicrobiana.
ANTECEDENTES Y FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA
La nanotecnología hace referencia a la creación y manipulación de materiales a
escala nanométrica (1x10-9 m). El gran aumento de área superficial y la disminución
de tamaño a niveles atómicos ofrecen materiales con mejores propiedades físicas,
químicas, ópticas, magnéticas y biocidas, además de poseer mayor reactividad
(López, 2012). Actualmente, se han desarrollado ciertos materiales nanométricos
como nanopartículas, las cuales, presentan un efecto microbicida sobre una amplia
variedad de microorganismos (virus y bacterias). En los últimos años, la plata ha
ganado interés por sus propiedades de estabilidad química, actividad catalítica y sus
propiedades antimicrobianas. Esta última propiedad ha permitido diseñar diversos
productos con NPsAg, entre ellos, instrumento quirúrgico y prótesis óseas para evitar
el crecimiento bacteriano (Avalos, 2013).
1 Estudiante de la carrera de ingeniería en Materiales, e-mail: [email protected] 2 Profesores de la carrera Ingeniería en Materiales y del Posgrado en Ingeniería.
Tecnológico Nacional de México / I. T. Querétaro, Av. Tecnológico esq. Mariano Escobedo S/N Centro
Histórico, C.P: 76000, Querétaro, Qro., 2* e-mal: [email protected]
Actualmente existe una amplia variedad de métodos de síntesis de nanopartículas,
los cuales, pueden ser agrupados en tres categorías: condensación de vapor,
proceso de estado sólido y síntesis química. Morge (Morge, 2014) describe algunos
de los métodos clasificados en síntesis química. El método de síntesis utilizado en el
presente trabajo para la obtención de NPsAg esta descrito por Martínez Castañón y
colaboradores (Castañón, 2015), ellos obtuvieron nanopartículas de diferentes
tamaños usando ácido gálico en un método de reacción química acuosa. Las
características de los reactivos usados para la síntesis de las NPsAg son:
a) Ácido gálico: Ácido 3, 4, 5-trihidroxibenzoico, peso molecular de 170.12 g/mol,
punto de fusión de 251 °C, densidad relativa de 1.7, soluble en agua 1.1 g/100 ml.
b) Nitrato de plata (AgNO3) 0.1 N: peso molecular de 169.87 g/mol, densidad
relativa de 4.35 a 20 °C, punto de fusión de 212 °C, punto de ebullición 444 °C,
pH de 3.0, corrosivo, oxidante y muy toxico para los organismos acuáticos.
En la Figura 1 se observan las estructuras químicas del ácido gálico y del nitrato de
plata.
a) b)
Figura 1 a) Estructura del ácido gálico y b) Estructura del nitrato de plata.
DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA. Mediante síntesis química se obtuvieron NPsAg usando como precursores en la
reacción ácido gálico, agua destilada, nitrato de plata e hidróxido de sodio como
estabilizador del pH. Las soluciones así obtenidas son secadas 100°C por 24 h
obteniendo de esta manera las NPsAg. Análisis por SEM y Uv-visible nos dan cuenta
de estas nanopartículas. En el sector alimenticio las NPsAg juegan un papel
importante en áreas de envasado de alimentos, permitiendo la conservación de
frutos y eliminando hasta un 90% el crecimiento de microorganismos (Aguilar, 2009).
Estas nanopartículas en una segunda etapa serán incorporadas y dispersas en una
matriz polimérica de PLA para obtener membranas de PLA-NPsAg para futuras
aplicaciones como envolventes de alimentos.
JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO.
Las NPsAg son ampliamente usadas e importantes debido a sus diversas
aplicaciones en medicina, farmacología, dispositivos médicos, biotecnología,
electrónica y debido a su alta actividad antibacterial son usadas en productos
biocidas para desinfección e inhibición microbiana de superficies (Schneider,2017;
Akter,2018). Por tal motivo, en esta primera etapa del presente trabajo se sintetizaron
NPsAg mediante síntesis química. Posteriormente en una segunda etapa, se
introducirán estas nanopartículas en una matriz polimérica de PLA para obtener
membranas de PLA- NPsAg. Estas membranas pueden tener aplicaciones como
envoltura de alimentos con propiedades antimicrobianas previniendo su
contaminación y dándoles una vida de anaquel más alta.
HIPÓTESIS
Mediante la síntesis química del nitrato de plata, agua destilada, ácido gálico e
hidróxido de sodio como estabilizador del pH y secando a 100°C por 24 h el producto
de la reacción se logra obtener nanopartíclas de plata.
OBJETIVO Sintetizar nanopartículas de plata mediante síntesis química utilizando como
precursores nitrato de plata, agua destilada, ácido gálico e hidróxido de sodio como
agente estabilizador del pH.
METODOLOGÍA.
Se prepararon cuatro soluciones de 100 ml de agua destilada con 23, 30, 37 y 46 µl
de nitrato de plata respectivamente. Manteniendo las soluciones en agitación
magnética a temperatura ambiente, se agregó 10 ml de agua destilada con 10 mg de
ácido gálico en cada una de ellas. Inmediatamente después, se ajustó el valor del pH
a 11 agregando hidróxido de sodio a 1 M observándose un cambio de coloración en
la solución de trasparente a verde obscuro, este paso se realizó con ayuda de un
potenciómetro. Las soluciones obtenidas se guardaron en un frasco ámbar y
finalmente son secadas a 100°C por un periodo de 24 horas para obtener las
partículas de plata.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN.
En la Figura 2 a) se observan las soluciones obtenidas de la síntesis química de las
NPsAg. Las diferentes coloraciones dependen de la concentración y del valor de pH
obtenido, estos valores se muestran en la Tabla 1. En la figura 2 b) se observan los
precipitados que se obtiene al secar las muestras por 24 horas a 100 °C,
posteriormente estos precipitados son disueltos en diclorometano para recuperar las
NPsAg y ser analizadas por SEM.
Figura 2 a) NPsAg en solución con: i) 23 µl de AgNO3, j) 30 µl de AgNO3, k) 37µl de AgNO3 l) 46
µl de AgNO3 y b) precipitados de nuestras secas.
Tabla 1 pH de las soluciones.
La Figura 3 muestra las micrografías obtenidas por SEM de las muestras i y j secas a
100°C. Solo se logró obtener las micrografías de estas dos muestras por cuestiones
de tiempo y disponibilidad de equipo. En estas micrografías se observan puntos
blancos los cuales pueden ser aglomerados o nanopartículas NPsAg. El equipo ideal
para observar partículas manométricas es el microscopio electrónico de transmisión
(MET), sin embargo, no se contaba con este equipo, pero conforme avance el
proyecto y se mejore la síntesis se caracterizarán estas nanopartículas con un
equipo MET.
Solución AgNO3
µl
Agua destilada
(ml) pH
i 23
100
11.08
j 30 11.02
k 37 11.16
l 46 11.4
i j k l
a)
j
l
i
b) k
Figura 3 Micrografías de SEM a) muestra i y b) muestra j
La presencia de NPsAg fue observada por espectroscopia Uv-vis. En la Figura 4 a)
se muestran bandas de absorción en la región entre 350 y 450 nm características de
las NPsAg (Oksana, 2016). Finalmente, para futuras aplicaciones en membranas
para alimentos, las NPsAg fueron dispersadas en una matriz polimérica de ácido
poliláctico (PLA) mostrando una buena dispersión como se observa en la Figura 4 b).
Figura 4 a) Espectros UV-Vis de las NPsAg y b) NPsAg dispersas en PLA
CONCLUSIONES.
Mediante síntesis química de nitrato de plata en agua destilada y ácido gálico a un
pH aproximado de 11 se logró obtener NPsAg después de que estas soluciones
fueron secadas a 100°C por 24 horas. En las micrografías obtenidas por SEM se
observan estas micropartículas y el espectro Uv-vis de las soluciones obtenidas
muestran las bandas de absorción entre 350 y 450 nm típicas de las NPsAg.
Además, se observa buena dispersión de las NPsAg cuando son dispersadas en un
polímero natural como el PLA, esto permite el estudio futuro de membranas de PLA-
NPsAg con actividad antimicrobiana para la envoltura y conservación de alimentos
b) k
j
l 300 400 500 600 700 8000.0
0.5
1.0
1.5
Ab
sorb
an
cia
(nm)
l
k
j
i
a)
b) a)
en anaqueles. Es importante mencionar que este trabajo deja las bases sentadas
para la obtención de NPsAg, sin embargo, se tiene que seguir trabajando en la
mejora de la metodología utilizada para obtener mejores y más concluyentes
resultados. No obstante, este trabajo permitió a los estudiantes involucrados
acercarse a la investigación y puede servir como referencia para otros estudiantes y
profesores interesados en la ciencia de materiales y en general en la investigación.
Agradecimientos
Los autores agradecen al 20° Verano de la Ciencia Región Centro 2018, al proyecto
ITQ-LI-007-2017 financiado por el Instituto Tecnológico de Querétaro y al laboratorio
de Materiales y Nanotecnología del Posgrado en Ingeniería del ITQ. A todos por su
apoyo económico y de instalaciones para el buen desarrollo del presente proyecto.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.
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obtencion de un composito biocida. Tesis de Maestria, Instituto Tecnológico de Ciudad Madero,
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Morge, M. ( 2009). Nanoparticulas de plata: métodos de síntesis en disolución y propiedades
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Mahmuda Akter (2018). Asystematic review on silver nanoparticles- induced cyttoxicity:
Physicochemical properties and perspectives. Journal of Advanced Research 9 1-16
DETECCIÓN DE BORDES APLICANDO FILTRO FREI-CHEN EN IMÁGENES
UTILIZANDO PROGRAMACIÓN PARALELA CON CUDA
Hannia Melissa Flores Ornelas1 y Ana Laura Peña Hernández2, Jaime Rodrigo
González Rodríguez3 y Sandra Luz Canchola Magdaleno4
Resumen
El operador Frei-Chen se utiliza para la detección de bordes, los detecta de manera
horizontal, vertical y diagonal, este filtro es menos sensible al ruido. Cuenta con 4
máscaras de 3x3, cada una para el subespacio de bordes, estás se aplican a cada uno
de los pixeles de la imagen. De cada máscara se convoluciona cada una de ellas y se
suma para obtener una imagen final. Se calcula el valor máximo para obtener el valor del
pixel de la misma imagen, esto se calcula porque el valor no es el mismo para todas las
imágenes y por último se umbraliza la imagen de resultado para obtener la detección de
bordes.
Antecedentes y/o fundamentación teórica
La detección de bordes es un proceso en el análisis digital de imágenes que detecta los
cambios en la intensidad de luz. Los bordes de una imagen digital se pueden definir como
transiciones entre dos regiones de niveles de gris significativamente distintos.
Suministran una valiosa información sobre las fronteras de los objetos y puede ser
utilizada para segmentar la imagen, reconocer objetos, etc.
1 Hannia Melissa Flores Ornelas, Universidad Autónoma de Querétaro, Ingeniería en Software, Cerro de Las
Campanas S/N, Las Campanas, 76010 Santiago de Querétaro, QRO Tel (442) 192 1200, [email protected] 2 Ana Laura Peña Hernández, Universidad Autónoma de Querétaro, Ingeniería en Software, Cerro de Las Campanas
S/N, Las Campanas, Santiago de Querétaro, Qro C.P 76010 México Tel (427) 107-64-63,
[email protected] 3 Jaime Rodrigo González Rodríguez, Universidad Autónoma de Querétaro, Av. de las Ciencias sin número Campus
Juriquilla, Juriquilla, Querétaro, Qro. C.P. 76230 México Tel. (81) 8022 4790; [email protected] 4 Dra. Sandra Luz Canchola Magdaleno, Universidad Autónoma de Querétaro, Av. de las Ciencias sin número Campus
Juriquilla, Juriquilla, Querétaro, Qro. C.P. 76230 México Tel. (442) 192-12-00 ext. 5958; [email protected]
La convolución se aplica a los pixeles de una imagen y se toma a los vecinos de un pixel
de la misma, se utiliza una máscara para realizar el filtrado. Una máscara es una imagen
que tiene una serie de valores ya definidos esta puede ser cuadra o rectangular, la
convolución se realiza al desplazar la máscara por cada uno de los pixeles de la matriz
original, ver la Figura 1, en este caso se utilizaran las máscaras ya definidas por el
algoritmo de Frei-Chen para la detección de bordes.
Figura 1. Proceso de la convolución.
Operadores de 1ª derivada. Para detectar los bordes de una imagen se utiliza un tipo de
derivada o diferencial que se aplica normalmente a un grupo de vecinos de un pixel. La
derivada nos permite calcular las variaciones que hay entre un punto y un vecindario.
La detección de bordes es muy sensible al ruido, esto dificulta que al momento de
detectarlo aparezcan “bordes falsos” creados por el ruido que está en la imagen. Debido
a esto se implementaron diferentes técnicas para la detección de bordes una de ellas
son los operadores de gradiente y los operadores direccionales. Los operadores
gradiente de una imagen son un punto que se define como un operador bidimensional.
La detección de bordes es un proceso fundamental en la metrología ya que se define las
características de medida. La detección del borde mejora la precisión en los procesos en
curso y los procedimientos de control de calidad. También hoy en día es una técnica de
análisis digital que se puede hacer de manera 2-D y 3-D por ejemplo para la biometría
estática, huellas dactilares, características estáticas faciales, exámenes médicos. El
operador Frei-chen es utilizado porque detecta mejor los bordes de manera vertical,
horizontales y diagonales y no solo detecta los bordes, también detecta líneas y un
espacio que se usa para normalizar los gradientes. Esto podría ayudar a reducir el
número de bordes no detectados y la cantidad de ruido que surge en la imagen con la
implementación de CUDA ayuda a que el tiempo de ejecución se reduzca de una manera
considerable, no teniendo ninguna Perdida de pixeles durante el proceso.
CUDA es una arquitectura de cómputo desarrollada por NVIDIA que permite la
programación en paralelo. Un programa en CUDA consiste de una o varias etapas que
se ejecutan en CPU (host) o en la tarjeta gráfica (device) llamada un GPU (Graphics
Processing Unit) (Kirk & Hwu, 2010), y el compilador NVIDIA C que separa las tareas
durante el proceso de compilación. Las funciones kernel generan los hilos de
programación que genera el paralelismo de los datos. Las aplicaciones paralelas de
CUDA se pueden encontrar en cualquier campo con fuertes demandas de cálculos como
el procesamiento de imágenes, optimización, aplicaciones numéricas, etc. (Couturier
Raphael, 2014)
La manera en la que CUDA hace manejo de un programa para que su ejecución sea en
paralelo es usando hilos; cada hilo es un proceso en paralelo de los demás, incluso en
lo que memoria se refiere. Estos hilos se agrupan en bloques, los cuales constituyen el
grid. (Sanders & Kandrot, 2011)
OPEN CV (Open Source Computer Vision) es una librería software open-source de visión
artificial y machine learning. OpenCV provee una infraestructura para aplicaciones de
visión artificial. La librería tiene más de 2500 algoritmos, que incluye algoritmos de
machine learning y de visión artificial para usar. Estos algoritmos permiten identificar
objetos, caras, clasificar acciones humanas en vídeo, hacer tracking de movimientos de
objetos, extraer modelos 3D, encontrar imágenes similares, eliminar ojos rojos, seguir el
movimiento de los ojos, reconocer escenarios.
Descripción del problema
La detección de bordes es un proceso fundamental en Metrología, ya que se define las
características de medida. La detección del borde mejora la precisión en los procesos en
curso y los procedimientos de control de calidad. También hoy en día es una técnica de
Análisis digital que se puede hacer en los espacios 2-D y 3-D, por ejemplo, en Biometría
estática, huellas dactilares, características estáticas faciales, exámenes médicos. El
operador Frei-Chen es utilizado porque detecta mejor los bordes de manera vertical,
horizontales y diagonales, y no solo detecta los bordes, también detecta líneas y un
espacio que se usa para normalizar los gradientes. Esto podría ayudar a reducir el
número de bordes no detectados y la cantidad de ruido que surge en la imagen con la
implementación de CUDA ayuda a que el tiempo de ejecución se reduzca de una manera
considerable, no teniendo ninguna pérdida de pixeles durante el proceso.
Justificación del proyecto
La Convolución nos ayuda a obtener los bordes de una imagen y la razón por la que el
detector de bordes Frei-Chen parece funcionar mejor que otros operadores es porque su
algoritmo incluye un factor de normalización que excluye a todas las demás
características, excepto los bordes. Sin embargo, es un proceso lento, al requerir de
cuatro convoluciones por imagen, procesos intermedios y la Umbralización para detectar
y destacar bordes.
Hipótesis
La detección de bordes aplicando el operador Frei-Chen, que implica convoluciones,
sumatoria de ellas y la umbralización de los resultados, es posible generarse más
rápidamente con la programación paralela a través de multiples hilos, y sin pérdida de
información.
Objetivos
Realizar la detección de bordes por medio del operador Frei-Chen en una imagen,
utilizando las 4 máscaras predefinidas para este subespacio, sin sufrir pérdida de pixeles
y realizarlo en menor tiempo.
Realizar la comparación de resultados entre el proceso secuencial y en programación
paralela.
Metodología
Operador Frei-Chen. El operador Frei Chen, cuando es utilizado para la detección de
bordes, es menos sensible al ruido a diferencia de los otros operadores (Pajares
Martinsanz & de la Cruz García, 2008). La detección de bordes se realiza de manera
vertical, horizontal y diagonal. Esto hace que haya un equilibrio entre los operadores
Sobel y Prewitt, ya que el primero realiza una detección de bordes diagonales y el
segundo una detección de bordes verticales y horizontales, esto lo hace más eficiente.
El operador Frei-Chen cuenta con un conjunto de nueve máscaras de 3x3 cada una, que
están divididas en tres subespacios:
El primer subespacio detecta los bordes, el segundo las líneas y el tercero detecta el
medio, que son las regiones de intensidad uniforme, esto es, suavizar la imagen original.
Para la detección de bordes en una imagen. Se utilizó las máscaras del primer
subespacio, ver la Figura 2. Estás están enfocadas a detectar los bordes de una imagen.
En donde se aplican cada una de las máscaras a cada pixel y combinar los resultados.
Figura 2. Máscaras del subespacio de bordes, Frei-Chen.
Para la detección de bordes se consideró cada una de las máscaras definidas y se
convoluciona cada una, sumándose entre ellas, ver Figura 3. Para así obtener una sola
imagen de resultado.
Figura 3. Suma de convolución de las máscaras de Frei-Chen.
Después se calcula la proyección relativa en el subespacio de bordes, mediante una
formula, ver Figura 4. En donde el valor de M (x, y) es la magnitud de la proyección en el
subespacio de bordes, para cualquier subespacio de los operadores Frei-Chen es
necesario realizar el cálculo de proyección, para la detección de bordes, estamos
buscando el coseno definido en la Figura 4 y usamos las primeras cuatro máscaras como
elementos de importancia, por lo que la primera suma anterior y así sucesivamente, ver
Figura 3, se umbraliza para hacer la selección de bordes.
Figura 4. Fórmulas para calcular la proyección relativa de una imagen.
Umbralización. La umbralización se utiliza para separar un objeto de una imagen y
detectarlo mejor. Para obtener una imagen binaria se hace una transformación no-lineal
de la imagen original, en donde la imagen de salida sus pixeles tomaran entre los valores
de 0 y 1, negro y blanco. Se utiliza un valor del umbral que varía dependiendo de la
imagen. En la imagen en la que se realizó la detección de bordes si el valor del umbral
era de .25 se detectaban los bordes de manera más detallada.
Resultados y discusión
Se muestran los resultados aplicando el operador de Frei Chen para la detección de
bordes. Se realizaron dos pruebas en imágenes de tamaños diferentes para ver el
resultado tanto del CPU como del GPU. El valor del umbral utilizado para la primera
imagen de tamaño 1280 x 768, ver Figura 4, fue de 0.25 (25%) sobre el valor máximo.
Al ejecutarlo no hubo ninguna pérdida de pixeles y el valor máximo calculado fue el
mismo en ambas partes. El tiempo de ejecución del CPU fue de 110.00ms y en el GPU
fue de 0.00 ms.
El valor del umbral utilizado en la segunda imagen de tamaño 3872 x 2592 fue de 0.10,
ver Figura 5. Al ejecutarlo no hubo ninguna pérdida de pixeles y el valor máximo
calculado fue el mismo en ambas partes. El tiempo de ejecución del CPU fue de
1060.00ms y en el GPU fue de 62.000 ms. Optimizando el proceso de manera más rápida
y eficiente.
Conclusiones
El operador de Frei-Chen es una buena opción para la detección de bordes ya que su
algoritmo hace que los detecte de manera horizontal, vertical y diagonal. Aplicando su
máscara correspondiente a este subespacio, no sólo detecta los bordes, también las
líneas y un espacio en medio de ellos dos. Esto lo hace que sea un intermedio de los
filtros Prewitt y Sobel. Además, que este algoritmo no es sensible al ruido a diferencia de
otros operadores. La programación en paralelo nos permite realizar este proceso de
manera más rápida sin sufrir la pérdida de pixeles y reduciendo los tiempos de ejecución.
(a)
(b) (c)
Figura 4: Prueba 1. (a) Imagen original (b) Resultado de la detección de bordes del CPU,
proceso secuencial. (c) Resultado de la detección de bordes del GPU, programación
paralela.
(a)
(b) (c)
Figura 5: Prueba 2. (a) Imagen original (b) Resultado de la detección de bordes del CPU,
proceso secuencial. (c) Resultado de la detección de bordes del GPU, programación
paralela.
Referencias bibliograficas
Couturier Raphael. (2014). Designing Scientific Applications on GPUs. (Chapman &
Hall, Ed.). CRC Press.
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Propuesta de sistema de capacitación de agua para universidad del estado de
Querétaro.
1 Flores Ugalde José G; Martínez Hernández
Juan A; Navarro Rubio Cesar A
2 M.C. Cervantes Albarrán J Refugio
1 Departamento de Ingeniería Civil
Universidad Autónoma de Querétaro
Querétaro, México.
2 Asesor Facultad de Ingeniería
Universidad Autónoma de Querétaro
Querétaro, México.
Resumen:
La cantidad de agua realmente aprovechable
es de alrededor del 1.5%, la cual además está
sometida a numerosas fuentes de
contaminación. En la Universidad Autónoma
de Querétaro específicamente en los baños de
la facultad de Ingeniería surge la necesidad de
ofrecer agua suficiente por lo que un baño con
sistema de captación pluvial reduciría
considerablemente los costos. En la actualidad
los métodos existentes para determinar el
tamaño óptimo del componente cisterna de un
sistema de captación pluvial cuentan con
varios inconvenientes, tales como la
especificidad para una región particular, la
dependencia de la optimización numérica y/o
el no considerar los costos del sistema. En
este trabajo se desarrolla un análisis de
precipitación exhaustiva formular un sistema
de aprovechamiento, captación de agua
pluvial, el diseño de una cisterna óptima en
cuanto a volumen que incorpora los costos
fijos y distribuidos en un sistema de
recolección de agua de lluvia, al que será
diseñada para la región y tomará en cuenta el
número de usuarios del baño.
Antecedentes:
La recolección de agua de lluvia es la práctica
de recolectar y almacenar el agua (Siegert
1994, Boers et al. 1986). La captación pluvial
es una tecnología antigua que está ganando
popularidad en un nuevo camino, el agua
recogida de los tejados y otras superficies
duras fue almacenada en el subsuelo
Reservorios (cisternas) con cúpulas de
mampostería (Agarwal y Narain 1997).
En su origen, el agua de lluvia es un recurso
de muy buena calidad; sin embargo, su pureza
también depende en gran medida de la
superficie por la que escurre. Estudios
realizados por la Organización Mundial de la
Salud demuestran que techos de viviendas
urbanas y rurales, construidos con materiales
que contienen metales pesados contaminan el
agua pluvial que escurre por ellos.
Descripción del problema:
En un período de rápido aumento de las
poblaciones estudiantil y la incertidumbre
climática, la cosecha de agua de lluvia se
considera una opción atractiva para reducir la
presión sobre la disminución del suministro de
agua en muchas regiones del mundo (Pandey
et al., 2003). La población en el estado de
Querétaro ha ido aumentando y en cada día
del 2016 llegaron 67 personas a Querétaro de
acuerdo al Consejo Estatal de Población
(COESPO, 2015). Por consiguiente al
aumentar el número de personas aumenta la
demanda de estudiantes y por lo tanto, el
consumo de agua potable en la facultad.
Justificación del proyecto:
La Recolección de Agua de Lluvia (RWH) tiene
el potencial de reducir los costos relacionados
con la fuente de agua, además de aliviar la
presión sobre las fuentes públicas de agua y
reducir la escorrentía de las aguas pluviales. El
volumen del tanque de almacenamiento o
cisterna es quizás lo más importante en el
diseño de un sistema RWH. Utilizando
métodos numéricos (Steffen et al, 2013), se
desarrollaron las ecuaciones de regresión que
son simples de usar, con datos numéricos y
muy específicos para ciertas áreas. Los
inconvenientes de depender demasiado de
observaciones de lluvias específicas son que
los registros de precipitaciones son
insuficientes para captar la verdadera
variabilidad. Por lo que se realizó un análisis de
precipitación para la zona específica del cerro
de las campanas.
Para la determinación de los consumos de
agua potable en localidades de la República
Mexicana, se pueden presentar en forma
general dos casos: a) la Localidad en estudio
no dispone de estadísticas de consumos de
agua, y b) se tienen estadísticas de consumos
de agua potable.
Hipótesis:
La importancia de implementar sistemas de
captación pluvial podría reducir
considerablemente la demanda del agua
teniendo un impacto en la economía y
sustentabilidad. El sistema de captación de
agua de lluvia en techos está compuesto de los
siguientes elementos: captación, recolección,
conducción un interceptor y el almacenamiento
(Boers et al. 1986).
En el estado de Querétaro se tiene una
precipitación anual promedio de 500 mm
(INEGI, 2015) ó 500 litros de agua por metro
cuadrado, los cuales pueden ser
aprovechados.
Objetivo:
Diseñar la cisterna del tamaño necesario para
la UAQ, en base a los datos hidrológicos de la
región; así como hacer un análisis de los
costos que su construcción tendrá.
Metodología:
Análisis de precipitación media anual para el
estado de Querétaro zona del cerro de las
campanas, UAQ.
El estudio hidrológico a nivel preliminar
sobre el estado de Querétaro, para la zona de
la UAQ, se realizó de la siguiente manera:
El criterio utilizado para elegir las estaciones
fue:
• Por duración de los registros
disponibles. Usar estaciones completas con
registros amplios (>=25 años).
La Universidad Autónoma de Querétaro
“UAQ” carece de estaciones meteorológicas
dentro de su área, sin embargo cuenta con 14
estaciones meteorológicas en su cercanía, de
las cuales 5 estaciones se localizan
aproximadamente de 3 a 4 km de distancia.
Selección de las estaciones pluviométricas:
la selección de las estaciones se realizó de
acuerdo con los siguientes criterios:
• Distancia menor a 25 km, ya que a
mayor distancia las condiciones climáticas
pueden llegar a variar.
• Uso de los polígonos de Thiessen para
observar de manera más directa las estaciones
que tengan influencia sobre la UAQ.
• Las que presenten mayor número de
años con registros confiables mensuales o
diarios más completos, privilegiando a las que
presenten más datos recientes, dado que
deberían ser más exactos.
El método utilizado para este análisis fue la
prueba de Helmert, donde la información
necesaria para dicho análisis fue agrupada, y
después de realizar los cálculos
correspondientes a la prueba de Helmert:
Los resultados obtenidos muestran que la
serie es Homogénea o Consistente.
• Ajuste de datos a leyes teóricas y
Prueba de bondad de ajuste.
En esta sección se utilizó para el ajuste de
datos a leyes teóricas la ley de Gumbel y la
Distribución exponencial, en cuanto a la prueba
de bondad de ajuste se usó el test de
kolmogorov-Smirnov.
En resumen, se puede decir lo siguiente:
n
i
i
n
pp
1
1000
** eA
kApV
El resultado obtenido que es el que se acepta
es el de la Distribución Exponencial que posee
una D=0.1319 menor al de la ley de Gumbel.
B. Criterios para el diseño de la cisterna
Para el dimensionamiento de la cisterna es
necesario obtener el número de usuarios
promedio que utilizan el baño de la facultad,
teniendo un consumo promedio de agua por
habitante entre 25 a 50 litros al día
(CONAGUA).
Este método conocido como: cálculo del
volumen del tanque de almacenamiento, toma
como base de datos la precipitación promedio
de los 10 ó 15 últimos años.
Mediante este cálculo se determina la
cantidad de agua que es capaz de recolectarse
por metro cuadrado de superficie de techo y a
partir de ella se determina: a) el área de techo
necesaria y la capacidad del tanque de
almacenamiento; b) el volumen de agua y la
capacidad del tanque de almacenamiento para
una determinada área de techo.
Para el diseño del sistema de captación de
agua de lluvia se debe tener en consideración:
Determinar la precipitación promedio diaria
máxima; a partir de los datos diarios de cada
mes de precipitación de los últimos 10 ó 15
años se obtiene el valor máximo diario del total
de años evaluados la cual resulto ser de
36.7mm/día. Se obtiene la precipitación anual
promedio según la NMX-AA-164-SCFI-2013,
(1):
(1)
Dónde:
p : Precipitación promedio anual con
distribución mensual, en .mm
ip : Precipitación diaria en el año “i”, en mm .
n : Número de años.
Se obtiene el volumen anual promedio de
captación AV con una distribución mensual:
(2)
Dónde:
AV : Volumen promedio de captación diaria con
distribución mensual, en m3.
p : Precipitación promedio anual con
distribución mensual, en mm .
A : Área de captación, en m2.
ek : Coeficiente de escurrimiento de acuerdo al
material de las instalaciones de captación
según la NMX-AA-164-SCFI-2013. En este
1000
** DmOvCaDA
1000
**1
eii
kApAaAa
1000
**1
iiii
DmOvCaDaDa
iii DAV
caso el valor para techos impermeabilizados o
cubiertos con materiales duros es 0.9.
Determinación de la demanda; a partir de la
dotación asumida por persona se calcula la
cantidad de agua necesaria para atender las
necesidades de los baños de la facultad.
(3)
Dónde:
DA : Demanda de agua mensual del baño, en
m3.
Ca : Consumo de agua, en litros/
(estudiante*día).
Ov : Ocupación del baño, estudiantes/baño.
Dm : Días del mes, días.
El acumulado de la oferta y la demanda en el
mes “i” podrá determinarse por:
(4)
Dónde:
iAa : Oferta acumulado al mes “i”, en m3.
(5)
Dónde:
iDa : Demanda acumulada al día “i”, en m3.
(6)
Dónde:
iV : Volumen del tanque de almacenamiento
necesario al día “i”, en m3.
iA : Volumen de agua que se captó al día “i”,
en m3.
iD : Volumen de agua demandada por los
usuarios para el mes “i”.
Área del
techo
(m^2)
Vol. Del
tanque
(m^3)
Costo en pesos mx.
tanque Total
216 7.134
$
3250.858
$
3250.858
TABLA 4. COSTO DE DEL TANQUE Y MATERIAL DE
CAPTACIÓN(ORGANIZACIÓN PANAMERICANA DE LA
SALUD ET AL, 2014).
El costo de implementación del sistema más
económico se puede observar en la tabla 7,
conformado por un techo de un área de 216 m2
el costo del tanque se puede ahorrar
conectando el área de captación a la cisterna
ya existente de la facultad.
Resultados y discusión:
Área del
techo (m^2)
Diferencias acumulativas (m^3)
Vol.
Captación
(m^3)
Vol.
Almacenamiento
(m^3)
216 7.134 -217.86
Para una mayor captación en el proyecto se
considerará una pendiente del 2% hacia el
frente para que el agua pueda escurrir y ser
recolectada y conducida a un primer filtro
purificador de cápsula los cuales son
bacteriológicos, retienen sedimentos y
químicos diluidos, así como materia orgánica,
olores y sabores. Posteriormente entra a la
cisterna y de ahí es bombeada a un tinaco en
el techo para el uso.
Con los resultados obtenidos obtenemos un
ahorro significativo que podría emplearse a lo
largo de toda la universidad reduciendo el
costo de agua. El metro cubico de agua a
partir de cierta cantidad según la SAPAL es de
$24.93 por lo tanto el sistema de captación
genera un ahorro de $5335.5186 al mes.
Concluciones:
Gracias a una inversión de $3250.85 podemos
ahorrar 7.134 m^3 de agua lo cual genera un
ahorro para la universidad, si este ahorro se
presentará todos los días de cada mes del año
el proyecto se pagaría por si solo en 10 meses
sin embargo sabemos que hay días o meses
donde no se presenta lluvia por lo que creemos
que el proyecto terminaría pagándose en
aproximadamente 1 año.
Referencias bibliográficas:
Agarwal, A., and Narain, S. 1997. Dying
Wisdom: Rise, Fall and Potential of India’s
Traditional Water Harvesting Systems. New
Delhi, India: Centre for Science and t (CSE).
Boers, T. M., Zondervan, K., and Ben-
Asher, J. 1986. Micro-catchment-water-
harvesting (MCWH) for arid zone
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Management, 12(1-2), 21-39.
[doi:10.1016/0378-3774(86) 90003-X]
Coespo,2015
CONAGUA,2008
INEGI,2015
OMS,2015
Siegert, K. 1994. Introduction to water
harvesting: Some basic principles for
planning, design and monitoring.
Proceedings of the FAO Expert
Consultation. Cairo.
Steffen, J., Jensen, M., Pomeroy, C.A.,
Burian, S.J., 2013. Water supply and
stormwater management benefits of
residential rainwater harvesting in us cities.
JAWRA J. Am. Water Resour. Assoc. 49
(4), 810–824
NMX-AA-164-SCFI-2013.
IMPLEMENTACIÓN DE MUROS VERDES ALIMENTADOS POR SISTEMA
RECOLECTOR DE AGUA PLUVIAL PARA CONFORT TÉRMICO
Ibarra-Hernández B.A.1; Guerrero-Valdes J.1; Frias-Limones J.A.1; Ríos Moreno G.J.2
1Facultad de ingeniería, Ingeniería Civil, Universidad Autónoma de Querétaro.
2Facultad de ingeniería, Universidad Autónoma de Querétaro.
Correo: [email protected]
Resumen
El trabajo de investigación propuesto tiene el objetivo de comprobar los beneficios
térmico-energéticos aportados por la instalación de fachadas vegetales en edificios
situados en climas semiáridos como el del estado de Querétaro (México). El proyecto
se origina para dar solución a un problema en concreto de falta de confort térmico en
la mayoría de edificios modernos existentes adaptando un sistema de captación de
agua pluvial en desuso para hacer autosustentable y viable este proyecto en cualquier
edificación de Querétaro. Para el diseño del muro verde se usarán plantas xerófilas las
cuáles está demostrado que pueden sobrevivir con pequeñas cantidades de agua, por
tanto son aptas para sobrevivir el tiempo durante el cual no haya lluvias.
Palabras Clave: Muro Verde, Aguas Pluviales, Plantas Xerófilas, Confort Térmico.
Antecedentes Teóricos
Como resultado de la urbanización e industrialización, el mundo se enfrenta a
problemas ambientales como lo son las islas de calor urbanas (las cuales pueden
aumentar la temperatura entre el 2 - 5% o más en una ciudad), ruido, contaminación
del aire, escorrentías de aguas, radiación ultravioleta, entre otros. La introducción de
estructuras verdes en edificaciones modernas, después de una serie de
investigaciones a finales del siglo XX especialmente en Alemania y otros países
europeos, logran reducir estos problemas ambientales a niveles razonables y de
menor repercusión (Lennep y Finn, 2008). Europa lleva 30 años de investigación de
estructuras verdes y desarrollo de proyectos para soportar esta industria. Los países
con mayor influencia en esta industria son Alemania, Suiza y Escandinavia. (Mentens
et al., 2006) Por esta razón México debería comenzar a implementar este tipo de
estructuras comenzado poco a poco con nuevos proyectos y evaluando su repercusión
en pequeña escala, para posteriormente trasladarlo a gran escala. Como ejemplo se
tiene que en Alemania el 14% de las viviendas poseen una variante de estructura
verde, ya se muro verde, fachada verde o techo verde. En Londres se implementaron
una gran cantidad de techos verdes para la preservación de un ave “Rara” (aún no en
peligro de extinción) que pone sus nidos en la zona Greater London Area. El mayor
problema para su implementación fue la falta de normativas existentes para
estructuras verdes, pero después de una serie de trámites se logró instalar. Tras
evaluar los resultados obtenidos por este proyecto, los cuales se encabezaban por la
preservación del ave Black Redstart y seguidos los beneficios que se mencionaron
previamente, el gobierno de Londres realizó un acuerdo en 2008 para incluir la
normativa de “Living Roofs” como parte del plan de expansiones futuras de Londres y
se estimó que 3.2 millones de metros cuadrados de superficie en techos podrían ser
“enverdecidos” en cuatro áreas muestra de Londres (Greater London Authority, 2008).
Descripción del Problema
En la actualidad en una ciudad en crecimiento como lo es Querétaro, diariamente se
construyen nuevas edificaciones. Estas nuevas edificaciones podrían planearse de
mejor manera con la implementación de muros verdes, los cuales generan una mejor
vista, purifican el aire, reducen el uso de aires acondicionados debido al confort térmico
y aumentan el valor de la vivienda donde se implementan. Investigaciones previas han
demostrado los beneficios de dichas fachadas en climas templados, subrayando los
beneficios en estaciones cálidas y es de esperar, por lo tanto, que las ventajas de este
tipo de estrategias de enfriamiento pasivo se vean amplificadas en climas semiáridos.
Justificación del Proyecto
Este proyecto puede ser elaborado con conocimientos técnicos de la carrera en
ingeniería civil ya que requiere conocimientos sobre diseño estructural e hidráulica. Es
un proyecto económicamente viable ya que la mayor parte del tiempo ser
autosustentable usando riego con agua pluvial suministrada por gravedad. Además el
proyecto es relativamente barato. Para su instalación en la versión de prueba dentro
de la UAQ, la institución cuenta con los recursos económicos y de personal para
implementarlo y mantenerlo. En cuanto a tiempo, teniendo el proyecto definido al 100%
en menos de 3 meses se puede construir y poner en marcha. Este proyecto tiene
beneficios sociales y ambientales como se especificó anteriormente. Cumple con la
normativa establecida por la NOM en su diseño estructural y CONAGUA en el uso y
aprovechamiento del agua pluvial.
Hipótesis.
La construcción de un muro verde genera aire limpio, confort térmico a la edificación y
crea una agradable apariencia mediante la implementación del uso de construcciones
semi-autosustentables.
Objetivos.
Implementar el uso de construcciones semi-autosustentables con la construcción de
un muro verde para generar aire limpio, dar confort térmico a la edificación y generar
una agradable apariencia y atmosfera, en este caso para los estudiantes.
Metodología.
El prototipo se desarrolla en el edificio C en la facultad de ingeniería de la Universidad
Autónoma de Querétaro. Se eligieron plantas xerófilas para el muro verde, la fuente
de donde se recolecta el agua para el proyecto es un sistema de captación pluvial
ubicado a pocos metros del muro Se evaluó estructuralmente el muro donde se
colocará. Se determinó la instalación de 3 paneles de madera barnizada de 2x2 m
colocados de forma horizontal para un total de 6 m de ancho por 2 metros de alto
cubiertos con geotextil con bolsas para colocar las plantas. El marco total va montado
en una estructura de perfiles metálicos. Los paneles se componen por una matriz de
15x8 plantas xerófilas, las cuales requieren de 800 ml de agua semanalmente cada
una. Esto es un total de 360 plantas con un requerimiento de agua total de 288 litros
semanales. Las plantas están alimentadas por un sistema de captación de agua pluvial
en desuso que riega por gravedad y con la opción de riego extra con un sistema
automatizado usando una bomba hidroneumática conectada a una tubería cercana en
caso de faltar agua pluvial. Se efectúa el estudio de la cantidad y calidad del agua que
se recolectará por medio del sistema de captación. Se comparar la cantidad de agua
captada con la necesaria por las plantas y lo faltante se suministra por parte de una
red de tuberías conectada a aspersores que se encuentran cerca del muro. Se hace
la compra del material requerido para las conexiones de agua, las plantas,
impermeabilizante para el muro que soporta la estructura y el material para el marco
del muro verde. Se realiza el montado del marco del muro verde. Posteriormente se
conecta a las fuentes que suministrarán el agua. Se coloca la malla geotextil y las
plantas. Se evalúa del funcionamiento de los sistemas de captación para determinar si
el agua que llega es la suficiente. Y si llega a faltar agua, se hace un conteo para
determinar cada cuanto y cuanta agua hay que administrarle por parte de la tubería
cercana en todas las temporadas del año. Para finalizar se elabora un manual de
construcción y mantenimiento del muro verde para su correcto funcionamiento futuro.
El esquema montado con todas sus capas se muestra en la figura 1.
Figura 1. Componentes del muro verde montado
Resultados y discusión.
La propuesta del proyecto ya colocada es la que se muestra en la Figura 2. El agua
recolectada se determina como precipitación neta en m3.
Figura 2. Prototipo de muro verde instalado en edificación.
Según los datos recopilados por el sistema de captación se obtuvo la Tabla 1.
Tabla 1. Datos recopilados del sistema de captación de agua pluvial.
Promedio Final
(mm) m3 por cada m2 PN (m3) PN (En toda la superficie m3)
Enero 8.23 0.0082 0.0063 1.61 Febrero 23.53 0.0235 0.0180 4.61 Marzo 9.47 0.0095 0.0072 1.85 Abril 3.58 0.0036 0.0027 0.70 Mayo 6.98 0.0070 0.0053 1.36 Junio 38.54 0.0385 0.0295 7.55 Julio 84.82 0.0848 0.0649 16.61 Agosto 72.37 0.0724 0.0554 14.17 Septiembre 70.61 0.0706 0.0540 13.83 Octubre 38.94 0.0389 0.0298 7.63 Noviembre 11.46 0.0115 0.0088 2.24 Diciembre 5.06 0.0051 0.0039 0.99
Precipitación Neta (PN) en toda la superficie total anual= 73.199 m3
Se obtuvo que se recolectan aproximadamente 73,199 litros anuales de los cuales
nosotros haremos uso de 15,000 litros anualmente con nuestro proyecto. En la ciudad
de Querétaro anualmente la temporada calurosa dura 2,3 meses, del 6 de abril al 14
de junio, y la temperatura máxima promedio diaria es más de 28 °C. La temporada
fresca dura 2,3 meses, del 29 de noviembre al 8 de febrero, y la temperatura máxima
promedio diaria es menos de 24 °C.
Conclusiones.
Durante los meses de Junio-Octubre el sistema de captación pluvial es suficiente para
proporcionar el agua necesaria para nuestro muro verde. Los meses de Noviembre-
Abril sería necesario suministrar agua adicional los días que no haya lluvia. Las
temperaturas registradas dentro de edificaciones con estructuras verdes
implementadas registran climas mas frescos en temporadas calurosas y mas calientes
en temporadas frescas. Es un proyecto que debería implementarse en muchas mas
edificaciones en el país ya que todos los resultados son positivos.
Referencias bibliográficas
Acosta, A., Castañeda, J., Cabrera, J., Corchado, J. & Trejo, E.. (2014). Captación de Agua Pluvial. Universidad Autónoma de Querétaro, pp. 1-24.
City of London Corporation. (2011). Green Roof Case Studies. City of London. Greater London Authority (Feb 2008) Living Roofs and Walls Technical Report:
Supporting London Plan Policy City Hall, The Queens Walk, London SEI 2AA ISBN 978 1 84781 132 5.
Green Roofs for Healthy Cities. (2008). Introduction to Green Walls Technology, Benefits & Design, pp. 5-21.
Lennep, E. & Finn, S.. (2008). A Green Roof Policy Guidance Paper for Dublin. Green Roofs Over Dublin, pp. 13-15, pp. 36-40
Magill, D., Midden, K., Groninger, J.& Therrell, M.. (2011). A History and Definition of Green Roof Technology with Recommendations for Future Research. Open SIUC, pp.1-10.
Mentens, J, Raes, D and Hermy, M (2003) “Effect of Orientation on the water balance of green roofs” In : Proc 1st annual conference Greening Rooftops for Sustainable Communities, Chicago 2003
Ryan, M.. (2011). Green Roofs in the Garden City: Exploring the Opportunities for Green Roof Policies in Missoula, Montana. ScholarWorks at University of Montana, pp. 9-17. pp.25,30.
Soluciones Hidropluviales. (2015). Captación de Agua de Lluvia. 2018, de Soluciones Hidropluviales Sitio web: http://hidropluviales.com/2018/07/06/captacion-agua-de-lluvia-2/
Weather Spark. (2016). El Clima Promedio en Santiago de Querétaro. 2018, de Weather Spark Sitio web: https://es.weatherspark.com/y/4986/Clima-promedio-en-Santiago-de-Querétaro-México-durante-todo-el-año
REUTILIZACIÓN DE AGUA MEDIANTE MÉTODO DE RECICLADO APLICADO EN
CASAS RESIDENCIALES.
Rodríguez Hernández Mónica1, García Lara Diego1*, G.J. Ríos-Moreno2
1Facultad de Ingeniería, Departamento de Ingeniería Civil, C.P. 76010, Cerro de las
Campanas S/N; Universidad Autónoma de Querétaro, México.
2Facultad de Ingeniería, C.P. 76010 Cerro de las Campanas S/N; Universidad
Autónoma de Querétaro, México.
*Autor de correspondencia: [email protected]
Resumen
A nivel nacional México puede explotar alrededor de 447 mil hm3 de agua de manera
sustentable. Esta cantidad se reparte en la industria, agricultura y vivienda, esta última
recibe solo un 14.6 % de agua. Este porcentaje se reparte en todo el país, además con
el aumento poblacional ocasiona cada vez más escases de agua en el país. Este
artículo presenta la propuesta para el diseño de un sistema de captación de agua de
lluvia a través del área del techo y la reutilización de aguas grises aplicado en casas
residenciales. El diseño contribuye a disminuir el consumo y desperdicio de agua
potable en lavamanos, regaderas, y aprovechar el agua de lluvia reduciendo el impacto
ambiental y económico. Los resultados muestran que a través de un área de techo de
121.71 m2 se logra ahorrar un total del 35% en el consumo de agua y en la facturación
mensual.
Palabras clave: reutilización de agua, aguas grises, captación de agua.
Antecedentes
Una de las más grandes preocupaciones a nivel mundial es la escasez del agua. La
tierra cuenta con una superficie de aproximadamente el 70% de agua y los océanos
contienen alrededor del 97,5% de toda el agua del planeta, siendo solo el 2.5% agua
dulce [1]. En 2016 Janet Yip Cheng Leong presento un sistema híbrido donde el agua
de lluvia y las aguas grises se tratan por separado. Realizó además una investigación,
que arrojo que los sistemas híbridos domésticos utilizan principalmente agua de lluvia
para abastecer hasta el 52.5% de la demanda total de agua [2]. Dixon en 1999 potencio
el ahorro de agua usando aguas grises y agua de lluvia en combinación. En este
estudio se probó la eficiencia de ahorro de agua del sistema de reutilización de aguas
grises y pluviales.[3]. La investigación de Siang (2017), identifica las limitaciones de la
implementación de sistemas de reciclaje de aguas grises para su uso en Malasia. El
propósito de este proyecto fue reducir la contaminación causada por la descarga de
aguas grises en drenajes de aguas pluviales mediante el tratamiento de las aguas
grises de baja resistencia.[4].
Con las ecuaciones 1-5 se cuantifican los datos; demanda diaria de aguas pluviales
por casa (Eq. 1), volumen mensual de agua pluvial que puede ser recolectado por casa
(Eq. 2), potencial de agua potable ahorrada por cada tanque (Eq. 3), Costo de agua
potable (Eq. 4), Ahorro de agua Potable (Eq. 5).
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
Descripción del problema
RD=Demanda de agua pluvial (l) P=Porcentaje de H2O a reemplazar WD=Demanda de H2O (litros/por día) n= Número de personas por casa
DVR=Volumen de agua pluvial/día DR=Precipitación diaria(mm/mes=litro/m2mes), TRA=Total de área de techo m2
RCA= coeficiente de escorrentía
PWS= Potencial de ahorro H2O (%) RC=Agua pluvial consumida (l) d=Número de días WDD=Demanda de agua(l/día)
C=Costo estimado agua ($/año) Cm=Consumo mensual(m3/mes) T=Tarifa local($/m3)
B=Ahorro monetario($/año) C=Costo estimado($/año) P=Porcentaje de ahorro H2O
A nivel nacional México puede explotar alrededor de 447 mil hm3 de agua renovable
[5]. Por persona se consumen alrededor de 3,692 m3 de agua a lo largo de su vida y
en una residencia promedio de cuatro personas existe un consumo mensual de
aproximadamente 16 m3 de agua al mes [6]. Lo que significa que una persona con
esperanza de vida de 76 años consume en promedio 48 m3 de agua al año.
Actualmente la población a nivel nacional ha aumentado rápidamente y con ello la
cantidad de agua por persona reduce drásticamente [7].
Justificación del proyecto
Para afrontar la problemática del agua a nivel mundial y nacional, se tiene como
alternativa la captación de agua y reutilización de agua residual, ya que el país extrae
un total de 85.66 mil hm3 al año de agua, destinando al abastecimiento público solo el
14.6%.
Hipótesis
Mediante la reutilización de agua aplicado en casas residenciales se logrará tener un
sistema sustentable y con ello un ahorro potencial en el consumo de agua y una
reducción en la facturación mensual.
Objetivo
Este articulo presenta la propuesta para el diseño de un sistema de captación de agua
de lluvia a través del área del techo y la reutilización de aguas grises aplicado en casas
residenciales.
Metodología
La precipitación promedio de Querétaro del año 2016 para la época de lluvias que
comprende de mayo a septiembre fue de 122.74 mm y de 19.84 mm para los demás
meses [8]. Estos datos servirán para estimar la cantidad de agua que se capta y
calcular el aprovechamiento del sistema de captación. Para realizar esto consideramos
dos cisternas en el área frontal de la casa, específicamente en el área de
estacionamiento Una para almacenar las aguas grises y otra para el agua pluvial, esto
con el fin de no contaminar el agua pluvial. La cisterna para aguas grises recibirá el
agua residual de lavabos y regaderas, además esta cisterna contara con una bomba
para lograr mandar estas aguas grises a las tazas de baño, se mandan aquí porque
las tazas de baño no necesitan de agua potable. Por otro lado, la cisterna de agua
pluvial recibirá el agua de un área de techo de 121.71m2, y una vez en la cisterna se
bombeará a los lavabos y regaderas. La utilización de agua de lluvia y aguas grises se
hace para que el sistema sea más eficaz, y funcione todo el año sin interrupciones.
Las cisternas serán de polietileno ya que inhibe las bacterias y es de gran resistencia,
además es más económico que construir una de concreto. Se propone también que la
capacidad total de las dos cisternas sea de 5.6m3, cada una de 2.8 m3 y sus
dimensiones serán de 1.86 m de diámetro y 1.18 metros de alto. Figura 1
Figura 1. Ubicación de las cisternas y flujos de agua.
Resultados y discusión
El ahorro por cada tanque es de 17.5 % dando un ahorro total del 35 %. Se determinó
la cantidad captada de agua pluvial, dando 13.44 m3 en periodo de lluvias (mayo-
septiembre), y 2.173 m3 para fuera del periodo, sumando un total de 15.61 m3 al año
(Fig. 2). Se observó que el área del techo contribuye de manera significativa; por ello
se sugieren áreas superiores a los 120 m2 para estos sistemas.
Figura 2. Comparación del gasto de agua.
Se obtuvo el gasto anual de agua de $ 3,264 al año, y el ahorro anual de $ 816; una
vez implementado el sistema. Se puede apreciar de manera desglosada por mes la
reducción de costos una vez implementado el sistema (Fig. 3).
Figura 3. Comparación del gasto económico.
Conclusiones
Con este estudio se vio que la captación de agua pluvial logrará absorber tres cuartas
parte de la cantidad que se consume en un mes, y sumada la reutilización de aguas
grises podría consumirse el agua captada y reutilizada por una semana sin necesidad
de agua potable. Por otro en temporadas de lluvia se logra ahorrar un 33% de agua y
dinero, mientras que en el resto del año solo se ahorrara alrededor de un 20%, con
esto se da a conocer que el sistema tendría una eficacia mayor en climas tropicales,
No obstante, se puede utilizar en cualquier clima. El caso de estudio en este articulo
podría servir para expandir esta investigación y aplicarla a edificaciones más grandes,
como podría ser la industria o incluso la agricultura, y así poco comenzar a crear
espacios sustentables.
Referencias bibliográficas
[1] Campos F. (2012). ¿Cuánta agua hay en la Tierra?. mayo 23, 2012, de Cosmo
Noticias Sitio web: http://www.cosmonoticias.org/cuanta-agua-hay-en-la-tierra/
[2] Cheng, J. (2017, septiembre 29). A review of greywater recycling related issues:
Challenges and future prospects in Malaysia. Cleaner Production, 171, 17-29. 2018,
junio 10, De ScienceDirect Base de datos.
[3] A. Dixon. (1999). Water saving potential of domestic water reuse systems using
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CARACTERIZACIÓN DE MATERIALES OBTENIDOS DE PUNTOS DE VERIFICACIÓN DE
METODOLOGÍA PROPUESTA PARA LA IDENTIFICACIÓN DE SITIOS CONTAMINADOS
Gonzalo Hernández Guerrero1 y Dra. María de la Luz Pérez Rea
2
RESUMEN
La contaminación siempre ha sido un tema en la sociedad; ha últimas instancias podemos hablar de sitios contaminados ya sea por hidrocarburos, aguas residuales, o bien el lixiviado generado por la basura. En este trabajo abordamos la caracterización de sitios potencialmente contaminados para su posterior remediación. De esta manera pensando en suelos posiblemente contaminados se obtuvieron muestras de diferentes sitios como por ejemplo del río San Juan, Peñamiller, etc. Y se les realizaron pruebas a fines para conocer su composición y para verificar su posible contaminación.
ABSTRACT
Pollution has always been a topic in our society; lately, we can talk about hydrocarbons, residual water or the leached,
caused by garbage.
On this research, we take on the caracterization of places potentially polluted for it's later remedial. With this in mind,
thinking about places possibly contaminated, there were samples obtained from different locations like San Juan,
Peñamiller, etc. And they were put through processes that determined its composition and to verify its possibility to
be contaminated.
Palabras Clave: contaminación, hidrocarburo, suelo.
INTRODUCCIÓN
La disposición final de los residuos sólidos urbanos (RSU) en rellenos sanitarios (RESA), en sitios controlados o en tiraderos a cielo abierto, da lugar a la generación de lixiviado y biogás, derivados de los procesos de descomposición microbiana y de los componentes de los residuos.
Los lixiviados contienen concentraciones elevadas de contaminantes orgánicos e inorgánicos, incluyendo ácidos húmicos, sustancias orgánicas, nutrientes y metales pesados (MP), así como, sales inorgánicas que elevan la conductividad eléctrica y agentes infecciosos. Los tipos de materia orgánica (MO) tienen influencia en la toxicidad de los MP. La interacción de las sustancias orgánicas solubles con los metales puede ser afectada por el pH, de manera que los MP tienden a separarse de los sólidos cuando el pH decrece, y cuando se incrementa se adsorben o precipitan, pero sólo hasta cierto límite, después del cual son de nuevo solubilizados. Los componentes de los lixiviados pueden ser movilizados hacia el suelo, estar en posición de ser absorbidos por las plantas o infiltrarse hacia los mantos acuíferos y afectar los suministros de agua potable. Las aguas de residuales son aquellas de composición variada provenientes de las descargas de usos municipales, industriales, comerciales, de servicios, agrícolas, pecuarios, domésticos, incluyendo fraccionamientos y en general de cualquier otro uso, así como la mezcla de ellas y como se mencionaba anteriormente en la zona industrial de San Juan del Río donde las industrias vierten sus aguas tras terminar de usarlas.
Los hidrocarburos son combustibles fósiles ampliamente utilizados alrededor del mundo como generadores fundamentales de diversas formas de energía, ellos están en la naturaleza gracias a la acumulación de biomasa durante millones de años. Sin embargo, es posible que en su extracción se genere contaminación en agua y suelos debido a constantes derrames accidentales, los cuales son muy comunes en países productores. El sector de hidrocarburos se ha expandido de manera importante en los últimos años, convirtiéndose en pieza clave del crecimiento de la economía mundial, el consumo de energía, la exploración, las reservas y la producción han aumentado de manera considerable y este es actualmente considerado como motor del crecimiento económico en varios países del mundo. Debido al crecimiento que han tenido los hidrocarburos, la contaminación por estos ha sido de igual forma, significativa. Los hidrocarburos impiden el intercambio gaseoso con la atmosfera, iniciando una serie de procesos físico-químicos simultáneos, como evaporación y penetración, que, dependiendo del tipo de hidrocarburo, temperatura, humedad, textura del suelo y cantidad vertida pueden ser procesos más o menos lentos lo
1 Universidad Autónoma de Querétaro,
Ingeniería Civil; Cerro de las campanas, Centro Universitario, C.P: 76010,
Querétaro, Querétaro, [email protected] 2 Universidad Autónoma de Querétaro, Facultad de Ingeniería; Cerro de las campanas, Centro Universitario, C.P: 76010, Querétaro, Querétaro,
que ocasiona una mayor toxicidad generando de esta manera graves consecuencias ambientales tanto en la flora como en la fauna.
MÉTODOS Y MATERIALES
Los métodos bajo los cuales estuvieron sujetos el trabajo realizado fueron a través de la realización de pruebas para determinar las propiedades índices, así como la distribución del tamaño de grano de cada una de las muestras adjuntas, hidrómetros y por último el análisis de espectrometría de florescencia de rayos x de reflexión. Con este último se pueden definir sus características físicas y químicas mediante la determinación de los siguientes parámetros: textura, pH, sólidos disueltos totales, oxígeno disuelto y la existencia de metales. Se inicio con la selección de las zonas potencialmente contaminadas, estos fueron a criterio personal donde había tiradero de desechos, partiendo de esto se obtuvieron muestras en distintos puntos a lo largo de la zona industrial San Juan del Río y un basurero en Peñamiller. Magnoflex: dedicada a la fabricación de zapatos de seguridad industrial, Lala: enfocada a la producción de productos lácteos, Cartones Ponderosa, Río San Juan donde diversas fabricas tiran los desechos industriales.
De esta manera cada muestra fue tomada de manera superficial con alrededor de 2 kilogramos de suelo. Posteriormente se checo su humedad, y se procedió a su secado en caso de ser necesario, pues realizar la granulometría de esta manera fue un caso tanto difícil. Después la determinación de propiedades índice e hidrómetros, por último, se realizó la prueba del análisis de espectrometría de florescencia de rayos x de reflexión esta solo fue utilizada para la muestra de agua, pues a través de la práctica comprendimos que como la mayoría de las fabricas antes mencionados vierten sus aguas a el río san juan y que al realizar pruebas a las muestras de suelo no mostraba ningún contaminante pues decidimos realizar pruebas al agua.
RESULTADOS
Del análisis granulométrico se obtuvieron los siguientes resultados:
Muestra de Magnoflex: 1.64% de grava, 90.89% de arena y 7.47% de limos y arcilla, es decir, es un suelo grueso, como se puede observar Figura 1. Este tipo de suelo es más rígido y resistente a la erosión, puede densificarse mediante vibración.
Muestra de Lala, tiene 10.18% de grava, 76.97% de arena y 12.85 de limos y arcilla, es decir, el suelo es grueso, como se puede observar en la Figura 2.
Muestra Cartones Ponderosa: tiene 1.84% de grava, 87.57% de arena y 10.59% de limos y arcilla, es decir, el suelo es grueso, como se puede observar en la Figura 3.
Muestra Río San Juan: tiene 16.75% de grava, 76.90% de arena y 6.35% de limos y arcilla, es decir, el suelo es grueso, como se puede observar en la Figura 4.
Muestra Basurero: tiene 4.95% de grava, 92.91% de arena y 2.14% de limos y arcilla, es decir, el suelo es grueso, como se puede observar en la Figura 5.
Figura 1. Curva Granulométrica, Magnoflex.
Figura 2. Curva Granulométrica, Lala.
Figura 3. Curva Granulométrica, Cartones
Ponderosa.
Figura 4. Curva Granulométrica, Río San Juan.
Figura 5. Curva Granulométrica, Basurero.
Para el suelo de la muestra de Lala, se obtuvo un límite liquido de 41.35%, límite plástico de 29.66%, índice de
plasticidad de 15.65% y límite de contracción de 39.42% con estos datos la carta de plasticidad nos indica que es un
suelo de baja plasticidad (ML ó OL).
Finalmente, del análisis al agua del Río San Juan se obtuvieron los siguientes datos: pH: 6.98, sólidos disueltos
totales: 173.9 ppm, Oxígeno disuelto: 57.99% y del análisis de espectrometría de florescencia de rayos X de reflexión
total no mostró la presencia de metales pesados en la muestra de agua.
CONCLUSIONES
De lo anterior podemos comentar que hubo algunos contratiempos con la investigación pues por ejemplo en el
análisis de el agua del río San Juan la muestra de agua fue almacenada en una botella de plástico que da a lugar a una
anomalía puesto que como se sabe los contaminantes de pueden adherir a el plástico, para esto debimos utilizar
recipientes de vidrio, por otra parte cuando se obtuvo dicha muestra de agua era días en los cuales había llovido
entonces los contaminantes pudieron haberse diluido por eso los resultados en la ultima prueba no pueden ser
concluyentes.
Y por otro lado con las otras pruebas incipientes no hubo ningún por menor así que se clasificaron los suelos de
acuerdo a los procedimientos y normativa en general.
BIBLIOGRAFIA
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DEGRADACIÓN DE AZUL DE METILENO A TRAVÉS DEL EMPLEO DE Ta2O5
COMO FOTOCATALIZADOR NANOPARTÍCULADO
Vania Lizeth Guerra Castillo1 y Esmeralda Mendoza Mendoza2
RESUMEN
Se estudió la actividad fotocatalítica de partículas de pentóxido de tantalio, Ta2O5. Se
probaron dos sistemas de partículas de Ta2O5, uno comercial con tamaño micrométrico
(≤ 20 μm) y otro nanométrico (≤ 20 nm). El estudio demostró que las NPs de Ta2O5 al
poseer menor tamaño y mayor área superficial alcanzaron una degradación de azul de
metileno (AM) del 89.67% tras 180 min de irradiación con luz UV-Vis. Además, se
identificó que las especies oxidativas principales en la degradación de AM con el uso
de NPs de Ta2O5 siguen el siguiente orden: h+ > e-. Asimismo, se realizaron pruebas
de reusabilidad, mostrando una degradación de AM igual al 84.03% en el tercer ciclo
de reuso, demostrando la estabilidad química de las NPs de Ta2O5 y las ventajas que
representa el uso de fotocatalizadores inorgánicos en el tratamiento de aguas
residuales.
Palabras Clave: Ta2O5, nanopartículas, band gap (Eg), fotocatálisis, azul de
metileno.
ANTECEDENTES
Los colorantes orgánicos constituyen uno de los mayores grupos de contaminantes en
las aguas residuales [1]. Entre ellos se encuentra el azul de metileno (AM), un colorante
que es ampliamente usado en la industria textil. Al ser suministrado al cuerpo por
cualquier medio genera confusión, hiperactividad, problemas de memoria, espasmos
musculares, sudoración excesiva, escalofríos o temblores, diarrea, problemas con la
coordinación y fiebre, por lo cual resulta sumamente importante estudiar la eliminación
parcial o total de AM previo a su descarga a efluentes y fuentes naturales de agua [2].
1Universidad Autónoma de Querétaro, Facultad de Química; Cerro de las Campanas s/n, Centro Universitario, Las
campanas, C.P: 76010, Santiago de Querétaro, Qro., [email protected] 2Cátedras-CONACYT, Universidad Autónoma de San Luis Potosí, Facultad de Ciencias Químicas; Av. Dr. Manuel
Nava No.6, Zona Universitaria, Nombre, C.P: 78210, San Luis Potosí, S.L.P., [email protected]
Aunque existen técnicas tradicionales para remover estos compuestos coloreados su
acción está limitada a la transferencia del contaminante desde una fase acuosa a otra
que resulta también contaminada [2].
Una alternativa tecnológica es la fotocatálisis heterogénea, un proceso de oxidación
avanzado, que presenta mayores ventajas, como son: mineralización completa de los
contaminantes (CO2 y H2O), sin que el fotocatalizador sufra cambios químicos.
El pentóxido de tantalio (Ta2O5) también se emplea como fotocatalizador activo para
la producción de H2 debido a su potencial de banda de conducción más negativo en
comparación con TiO2 [3]. La activación del Ta2O5 permite llevar a cabo reacciones de
fotooxidación debido a su ancho de banda (Eg) de Ta2O5 ~3.9 eV [3], sin embargo, la
activación requiere el uso de radiación UV que comprende únicamente entre el 4-5 %
del espectro solar. Para enfrentar este problema, en los últimos años se ha impulsado
el uso de las nanopartículas (NPs) de Ta2O5, lo cual está relacionado con el aumento
de eficiencia fotocatalítica debido a modificaciones químicas y estructurales que
derivan en reducción de su Eg, facilitando la promoción de electrones (e-) de la banda
de valencia a la de conducción.
DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA
El uso de colorantes en nuestra vida diaria representa la contaminación de
ecosistemas acuáticos y terrestres. Los colorantes tipo azo, con el grupo -N = N- en
su molécula, constituyen alrededor del 70 % de los colorantes usados en la industria
textilera. Entre estos colorantes, se encuentra el azul de metileno (AM), el cual puede
llegar a tener afecciones a la salud humana. Además, los métodos que existen
actualmente para su eliminación sólo transfieren el colorante de una fase a otra,
también contaminada, sin tratar en realidad el problema de contaminación.
JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO
Se ha reportado en literatura que es posible realizar fotocatálisis heterogénea usando
fotocatalizadores como el Ta2O5 [3]. En este proyecto se propone mejorar la eficiencia
de este fotocatalizador en la fotodegradación del colorante azul de metileno, usando
para ello NPs de Ta2O5 sintetizadas por medio de química parcialmente. Además de
evaluar su estabilidad en experimentos de reciclado, lo que a su vez, representa un
ahorro económico dentro de los procesos de tratamiento de aguas contaminadas.
HIPÓTESIS
Las NPs de Ta2O5 exhibirán una mayor eficiencia en la de degradación fotocatalítica
de AM con respecto a partículas de Ta2O5 comerciales, e incluso superiores a la
reportadas en literatura para NPs Ta2O5 puras y dopadas preparadas por diversas
rutas de síntesis.
OBJETIVO
Estudio de la degradación fotocatalítica del colorante AM mediante fotocatálisis
heterogénea usando NPs de Ta2O5, la determinación de las especies oxidativas
principales en el proceso de degradación y las pruebas de reusabilidad de las NPs
fotocatalíticas empleadas.
METODOLOGÍA
Estudio fotocatalítico
50 mg de fotocatalizador (FC) en 50 mL de AM generan una significativa degradación
al AM. Se usó una potencia de la lámpara de Hg de 135 W con un tiempo de irradiación
de 3 h. Las pruebas de degradación se llevaron a cabo a 25°C y en el pH natural de la
solución patrón de AM. Se estudió la degradación de AM con micropartículas de Ta2O5
comerciales (≤20 μm) y nanopartículas de Ta2O5 (≤20 nm). La solución con los FCs se
agitó en la obscuridad por 30 min para alcanzar el equilibrio adsorción/desorción de
los FCs y las moléculas de AM. Posteriormente, se encendió la lámpara del reactor y
se tomaron alícuotas de 3 mL cada 30 min. Durante 3 h. Seguido a lo cual las alícuotas
fueron centrifugadas usando 4000 rpm durante 40 min previo a la lectura de la
concentración de AM en un espectrofotómetro 2600 UV-Visible marca Shimadzu a la
longitud de onda de máxima absorbancia (λ=664 nm para AM). Todas las muestras
fueron estudiadas por duplicado.
Pruebas de reciclado y determinación de las especies oxidativas
Las NPs fueron recuperadas y centrifugadas 25 min a 3500 rpm, y posteriormente,
fueron agitadas por 30 min en agua desionizada por 3 ocasiones, seguido a lo cual se
realizó un lavado final con etanol por 20 min. Las NPs lavadas fueron secadas a 100
°C por 2 h, y posteriormente tratadas a 400 durante 1 h en una mufla. Las NPs
sometidas a dichas operaciones de acondicionamiento fueron reutilizadas en un
siguiente ciclo de degradación, hasta completar 3 ciclos de reuso.
La determinación de las especies oxidativas principales se llevó a cabo mediante el
uso de IPA (isopropanol) y EDTA-Na (etilendiamina tetraacético disódico), empleadas
como especies de sacrificio que captan los electrones (e-) y huecos (h+) generados
durante la activación del FC. Se añadieron 1 mL de IPA y 50 mg de EDTA a la solución
con el FC durante la etapa de agitación en obscuridad previa a la irradiación.
RESULTADOS
La Fig. 1 muestra los espectros UV-Vis de la
solución patrón de AM con un pico máximo
absorción en λ=664 nm [4], y posteriormente la
disminución de su concentración como resultado
de la degradación a diferentes tiempos de
irradiación. En dicha figura se observa
claramente el desplazamiento del pico máximo
ratificando la degradación de la molécula de AM.
La apreciación visual de la degradación en
función del tiempo de irradiación se muestra en
la figura insertada en la parte superior izquierda.
La Fig. 2 muestra el decremento de la concentración de AM con respecto a la
concentración inicial (C0≈10 mgL-1) y a diferentes tiempos durante su irradiación. La
línea de color negro muestra la fotodegradación de AM sin la adición de fotocatalizador
(blanco), la cual degrado 11% tras irradiar 3 h con la lámpara de Hg con potencia de
135 W. La degradación que presentó el AM por fotólisis está de acuerdo con lo
reportado en literatura: C/C0 igual al 10% al usarse una lámpara de Hg a 400 W [5]. La
Fig. 1 Espectros de absorción en UV-Vis de la
degradación de AM usando NPs de Ta2O5.
siguiente línea, en color rojo, corresponde al FC en su versión comercial, el cual obtuvo
un mayor porcentaje de degradación en comparación con la muestra en blanco,
demostrando así que existe actividad
considerable del FC, sin embargo, en la
siguiente línea, de color azul, se aprecia que el
Ta2O5 nanopartículado muestra el mayor
porcentaje de degradación (89%). Este
porcentaje de degradación es hasta 3.2 veces
mayor que el reportado en literatura para Ta2O5
puro [4]. En este trabajo, el alto rendimiento
fotocatalítico de las NPs de Ta2O5 se atribuye
a su valor de Eg (3.56 Ev) y al área superficial.
La Fig. 4 (a) corresponde el estudio realizado
para determinar la especie oxidativa determinante en la degradación de AM. La adición
de IPA resultó en el 89.67 % (línea azul), mientras que el EDTA-Na reportó el 76 %
(línea roja) de degradación de AM, con respecto a 89.67 % sin la adición de
atrapadores de e- o h+. Los resultados sugieren que en este sistema de estudio los
huecos corresponden a las principales especies oxidativas que degradan el AM. Se ha
reportado en literatura inhibiciones en la degradación de AM de hasta el 90 % al
añadirse EDTA-Na o
TEOA en conjunto con
FC puros o dopados de
Ta2O5 [4], siendo los h+
las especies oxidativas
predominantes. La Fig.
4 (b) contiene los ciclos
de reuso de NPs de
Ta2O5, donde se muestra
que el porcentaje de degradación disminuyo del 89 al al 84%, que representa el 7%,
entre el primer y tercer ciclo de uso. Los resultados mostraron la estabilidad química
Fig. 2 Perfiles de la degradación fotocatalítica del
AM con NPs y partículas comerciales de Ta2O5.
Fig. 4 Efecto de diferentes atrapadores de especies oxidativas (a) y perfiles de la degradación fotocatalítica del AM con NPs Ta2O5 de los reciclado (b).
de las NPs de Ta2O5 preparadas y sugieren que es viable reutilizarlas en al menos los
540 min evaluados.
CONCLUSIONES
Las NPs de Ta2O5 preparadas por un método de química parcialmente verde
mostraron una mayor eficiencia fotocatalítica tras 3 h de irradiación en comparación
con las partículas comerciales. La actividad fotocatalítica de las NPs de Ta2O5 fue
significativamente superior a la reportada en literatura para Ta2O5 puro y competitiva
con Ta2O5 dopado. Se comprobó que las especies oxidativas predominantes que
llevan a cabo la degradación de AM son los huecos, quedando como perspectiva futura
el uso de especies como la benzoquinona para estudiar el efecto que tiene los
superoxidos en el mecanismo de degradación de AM. Se comprobó que las NPs son
reusables y que la exposición a la radiación derivó en la disminución de tan solo el 7%
de la actividad fotocatalítica tras el tercer ciclo de reuso.
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Título del trabajo: COMPARACIÓN HISTÓRICA DE VARIABILIDAD ESPACIAL
DEL EVENTO DEL 26-27 DE SEPTIEMBRE CON DATOS INSTANTÁNEOS DE
PRECIPITACIÓN, USANDO ECUACIONES DE ANISOTROPÍA
Datos generales de los autores: Erik Ivan Hernández Sánchez, Priscilla Molina
Olvera, Jimena Sandoval Vázquez, Asesor: Dr. Alfonso Gutiérrez López, Universidad
Autónoma de Queretaro. Correo electrónico: [email protected]
Resumen
Este trabajo se centra en las tormentas que ocurrieron en el municipio de Querétaro
el 26 y 27 de septiembre del año 2017 en la zona de Juriquilla, donde se presentaron
fuertes inundaciones. Es muy importante obtener una buena interpolación de datos
en las estaciones meteorológicas relacionadas con la lluvia registrada en estas
fechas, ya que como en muchas ocasiones cuando ocurre una fuerte tormenta las
estaciones dejan de registrar datos, los cuales, son necesarios para estudios
posteriores. El determinar la homogenialidad de la cuenca es primordial para que los
datos sean más precisos y cercanos a la realidad. Se realizaron dendogramas para
la selección de estaciones a usar, los cuales agrupan las características para
encontrar similitud entre ellas. La interpolación se hizo mediante variogramas en el
programa Surfer, con los métodos: lineal, gaussiano y co-kriging tomando variables
como la elevación y precipitacion. Se encontraron curvas y variogramas, con objetivo
de que nos puedan dar datos más precisos en los distintos puntos de la zona sin
necesidad de una estación meteorológica en ese punto exacto, esto, para el diseño
de obras hidráulicas y la prevención ante las tormentas.
Antecedentes y fundamentación teórica
La interpolación es un área de gran interés dentro del campo de la hidrología, ya que
es común que se cuente con pocos datos en las bases o registros; principalmente en
esta ocasión hablando de precipitaciones.
Cada vez es más difícil ignorar la información climática (estaciones meteorológicas),
encontrando la importancia del análisis de datos para realizar las variaciones
tratando de obtener curvas en la cuenca hidrológica de la tormenta analizada
homogeneizando cada una de las curvas de una forma más precisa. La
homogeneidad en una cuenca es muy importante para poder tener datos más
precisos de acuerdo a los datos climatológicos encontrados en la zona. La
homogeneidad se logra de acuerdo a pruebas de homogeneidad normal estándar
(SNHT) considerando la información climatológica de la temperatura y la
precipitación ubicadas en Veracruz, México (Guajardo-Panes, Granados-Ramírez,
Sánchez-Cohen, Díaz-Padilla & Barbosa-Moreno, 2017). Si se considera relacionar
la temperatura con la precipitación es importante tomar en cuenta lo hecho en el río
Huanghe (río Amarillo) en China (Huang et al., 2009) donde tomando 88 estaciones
meteorológicas se analizaron precipitaciones y temperaturas anuales, frecuencia y
cantidad de precipitación con un periodo de retorno de 50 años (1997-2006),
obteniendo como resultado que en las últimas décadas las temperaturas
aumentaban mientras que las precipitaciones disminuían y si se considera una zona
árida la temperatura varía más en comparación con una zona semihúmeda. Adicional
a esto podemos mencionar el trabajo de análisis temporal de la precipitación y
temperatura en México (Carrera-Hernández and Gaskin, 2007), el cual se centra en
un análisis de una cuenca de México que incluye las zonas de Sierra de Pachuca,
Sierra de las Cruces, Sierra Chichinautzin y Sierra Nevada.
Existen diversos autores los cuales toman en cuenta variables como la “proximidad”
entre las estaciones, más sin embargo algunos desarrollos en el campo de la
interpolación han estimulado la necesidad de considerar más variables como la
elevación sobre el nivel del mar, la distancia al mar y el clima, algunos autores han
realizado un análisis de acuerdo al clima de la zona de la provincia de Huelva, en
España, usando 8 estaciones dentro de la zona, considerando como principal
variable la longitud al mar, la altitud sobre el nivel del mar y el número medio de días
lluviosos, encontrando como resultado de su interpolación que el número medio de
días lluviosos es la variable con más influencia (Moreno-Pérez & Roldán Cañas,
2008), más sin embargo hasta ahora es incierto que variables y que estaciones
debes de tomar en cuenta para un análisis más preciso de la zona metropolitana de
Queretaro, ya que las condiciones pueden llegar a ser distintas y las variables a usar
serán diferentes para hacer una interpolación más precisa.
Uno de los métodos para el análisis de los datos es el cokriging, mediante un análisis
geoestadístico, existen distintos métodos de predicción espacial, más sin embargo
cuando existen un gran número de variables el método no suele ser muy dispendioso
(Ramón Giraldo H, 2001). Proponen uso de indicadores IGC (P) como el método
para reducir la dimensionalidad de las variables auxiliares, este método es para
simplificar el proceso de ajuste de las variables. El método se realizó en Colombia.
Descripción del problema
En Querétaro como en muchas otras ciudades existen grandes problemas por
inundación provocando pérdidas materiales y muchas veces humanas, con la
tormenta del 26 y 27 de Septiembre en Jurica, Querétaro se generó un socavón
causando daños en la vialidad lo que trae consigo diversas problemáticas a la
ciudad.
Justificación del proyecto
A través de las tormentas analizadas se pude diseñar un método de prevención en
distintas zonas de Querétaro, el cual nos podrá ayudar para determinar y diseñar las
obras hidráulicas y así mismo poder tener datos meteorológicos más precisos en
cualquier punto sin una estación en el sitio exacto.
Hipótesis
La buena interpolación de datos por medio de variogramas, utilizando parámetros
como lo son la precipitación, la velocidad, humedad y alturas. Haciendo uso del
método utilizado: co-kriging y una ecuación con el método gaussiano; los cuales nos
permiten la estimación de puntos geo-estadísticos.
Objetivos
Selección de las estaciones a utilizar, analizando las tormentas del 26 y 27 de
septiembre para el diseño de curvas y variogramas que nos puedan dar datos más
precisos en los distintos puntos de la zona sin necesidad de una estación en ese
punto exacto, para diseño de obras hidráulicas y prevención ante las tormentas.
Metodología
Para el análisis de datos se tomaron un total de 34 estaciones situadas en
Querétaro, de las cuales se seleccionaron 13 por la proximidad a Juriquilla y Jurica.
Seleccionadas las estaciones, se obtuvieron datos de la RedCIAQ para las fechas de
26 y 27 de septiembre de 2017. Los datos obtenidos fueron: Velocidad y dirección
del viento, temperatura, humedad, lluvia y densidad de lluvia de ambos días os datos
se muestran a cada minuto. En el análisis hecho con el programa Statistica, se
observó la relación que tienen las características de los datos de la RedCIAQ.
Con el programa Statistica se prosiguió a seleccionar las estaciones de una manera
más eficiente, puesto que el programa hace un análisis de casos y características,
donde los relaciona y une las que tienen mayor afinidad.
Se insertaron las estaciones y las características de los datos obtenidos de la
RedCIAQ haciendo un promedio de cada uno de los datos por día, en el caso de la
lluvia, se tomó el valor de lluvia acumulada/día, esto con el fin de encontrar qué
estaciones están más relacionadas entre sí, tomando como estación principal la de
Juriquilla que es donde se presentaron mayores daños debido a estas lluvias.
De acuerdo a las estaciones seleccionadas por medio del análisis anterior se
seleccionaron los datos de la RedCIAQ en los días del siniestro (26-27 de
Septiembre del 2017) analizando los datos para encontrar las precipitación máxima
registrada en 30 min. Para encontrar las horas a seleccionar se analizó la estación
de Juriquilla donde fue la estación con más proximidad al evento. Una vez que se
encontró dicho periodo para ambos días, se determinó el mismo periodo para las
demás estaciones con el fin de realizar los variogramas.
La primera tormenta seleccionada fue el día 26 se Septiembre del 2017 a las 00:31
con una precipitación acumulada en 30 minutos de 14.7 mm, y la tormenta del 27 de
Septiembre del 2017 a las 00:00 con una precipitación acumulada de 5.3 mm.
Resultados y discusión
Mediante el programa Surfer obtuvimos los siguientes resultados de las estaciones
seleccionadas con las horas y día seleccionados anteriormente.
Se obtuvieron interpolaciones y variogramas para las tormentas 26 y 27 de
Septiembre de 2017 con tres diferentes métodos de ajuste (lineal, gaussiano y Co-
kriging).
El variograma lineal considera la posición y las precipitaciones. En los resultados
obtenidos la relación no es adecuada entre la línea que se genera y los datos
obtenidos de estaciones, lo cual considerarlo podría provocar un error grande en el
análisis de tormentas.
El segundo caso es considerando las mismas variables, pero usando un método
Gaussiano, en el cual se encontró relación entre la línea y los datos obtenidos, pero
no es completamente satisfactorio.
Para el último caso se consideró una variable extra, la elevación. Con ella, se realizó
un análisis de co-kriging, mediante un variograma en el cual se incluía esta nueva
variable. Encontrando un mejor ajuste el cual nos dio como resultado una mejor
interpolación, dándonos una lluvia más homogénea, lo que quiere decir que tiene
mucho que ver las elevaciones de cada lugar, va muy relacionada con la lluvia.
El variograma co-kriging con las alturas del 27 de Septiembre del 2018 fue el que nos
dio un mejor ajuste, dando como resultado la mejor representación de las
precipitaciones en esa zona.
Figura 1. Co-kriging 27 de Septiembre (Surfer)
Conclusiones
De acuerdo a los resultados, se encontró que el de mayor aproximación fue el
variograma co-kriging, el cual representa una mejor aproximación en zonas donde no
se cuenta con datos, esto, para un análisis más detallado. Es importante considerar
la elevación para este tipo de análisis puesto que se obtienen resultados más reales
con respecto a los dos primeros casos.
Referencias bibliográficas
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Tau for a Robust Geostatistical Interpolation. Journal Of Hydrologic Engineering,
22(9), 04017038. doi: 10.1061/(asce)he.1943-5584.0001568
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Barbosa-Moreno, F. (2017). Validación espacial de datos climatológicos y pruebas de
homogeneidad: caso Veracruz, México. Tecnología Y Ciencias Del Agua, 08(05),
157-177. doi: 10.24850/j-tyca-2017-05-11
- Giraldo H., R. (2001). Propuesta de un indicador como variable auxiliar en el
análisis cokriging . Revista Colombiana de Estadística, 24 (1), 1-12.
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-Huang, Y., Cai, J., Yin, H. and Cai, M. (2009). Correlation of precipitation to
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-Carrera-Hernández, J. and Gaskin, S. (2007). Spatio temporal analysis of daily
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Emmanuel, I., Andrieu, H., Leblois, E., & Flahaut, B. (2012). Temporal and spatial
variability of rainfall at the urban hydrological scale. Journal Of Hydrology, 430-431,
162-172. doi: 10.1016/j.jhydrol.2012.02.013
DESARROLLO Y CONSTRUCCIÓN DE MÁQUINA ENVASADORA DE YOGURT
BASADA EN UN CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE.
Datos generales.
Autores: Emmanuel Hernández Solís, José Luis Avendaño Juárez, José Gabriel Ríos
Moreno, Mario Trejo Perea.
Asesor: Mario Trejo Perea.
Institución: Universidad Autónoma de Querétaro.
Adscripción: Facultad de ingeniería.
Correo: [email protected]
Resumen.
Se muestran el diseño, implementación y resultados de un sistema de control de una
máquina envasadora de yogurt la cual es controlada por medio de un PLC, que ejecuta
las instrucciones necesarias para realizar la secuencia de la máquina. Además de
tener el controlador lógico programable, el diseño consta de sensores, pistones,
electroválvulas, motores, resistencia eléctrica y un control de temperatura; ya que con
estos se logrará un proceso totalmente automatizado de dicha máquina.
Antecedentes y/o fundamentación teórica.
Las aplicaciones del control automático en la actualidad son muy extensas, variadas e
importantes. Quizá una de las más populares es la del control de robots manipuladores
en la industria de manufactura. Desde las líneas de ensamble de automóviles hasta
las celdas robotizadas de soldadura. Las razones principales para este éxito es la alta
calidad del trabajo, el ahorro de tiempo y la reducción del costo de producción [1].
El avance de la ingeniería y la ciencia ha crecido bastante gracias al control
automático. Hoy en día nos podemos dar cuenta que el control automático es una de
las partes más importantes dentro de las industrias, sobre todo en procesos continuos
como por ejemplo en el control de presión, humedad, flujo, temperatura y muchas más
variables que se ven involucradas en un proceso [2].La revolución industrial produjo la
aparición de nuevas creaciones mecánicas dentro del campo de la industria [3], el
mayor avance en la automatización de la época fue la aparición de los motores de
vapor inventados por James Watt.
Posteriormente en [4] definen de forma más completa el concepto de automatización
mediante tres rasgos básicos. • Control automático de la fabricación de un producto
producido en un número de etapas sucesivas. • El uso del control automático a
cualquier rama de la ciencia o su aplicación en la industria. • El tercer rasgo
característico es el resumen de las dos anteriores; y consiste en el empleo de
dispositivos electrónicos o mecánicos para sustituir trabajo humano. En recientes
investigaciones [3] define la automatización como operaciones automáticas realizadas
por un aparato, proceso o sistema que están controladas por aparatos mecánicos o
electrónicos que actúan como los órganos del ser humando tal como el olfato y la vista.
La máquina automática de envasado consiste en un conjunto de subsistemas que
trabajan de forma coordinada y secuencial. Estos subsistemas se encuentran
distribuidos físicamente en la estructura de apoyo, proceso y transporte, donde se lleva
a cabo el proceso de envasado, tapado, sellado y salida del producto terminado. La
responsabilidad del sistema de control es el efectuar ejecuciones de movimientos y
monitorear el estado de los subsistemas, proporcionando al supervisor de planta la
información a través de una interfaz de usuario homogénea, fácilmente accesible
[5].En México, los productos lácteos como los quesos y los yogurts, así como las
leches industrializadas (pasteurizada, ultrapasteurizada y en polvo), ocupan los
primeros lugares de comercialización, manifestando una tendencia hacia el
abastecimiento de las zonas urbanas, ya que estas poseen vías de comunicación
accesibles y concentran grupos con niveles de ingreso más altos, en contraste con las
zonas no urbanas, donde el consumo de lácteos se limita principalmente a leche
bronca y productos artesanales [6]. EL envasado es la última etapa del proceso de la
elaboración del yogurt y consiste en el llenado de los envases del producto. El factor
más importante es el mantenimiento de las condiciones asépticas del proceso [7].
Descripción del problema.
En la industria se han desarrollado varios sistemas de envasado de yogurt, sin
embargo, estos sistemas tienen maquinaria con costos muy altos, de tal forma que el
acceso a este tipo de máquinas es posible solo para empresas con un alto desarrollo
tecnológico, además estas son de tecnologías americanas o alemanas y eso
incrementa los costos de producción del envasado de yogurt.
Justificación del proyecto.
El yogurt en México ha tenido una amplia aceptación y un crecimiento acelerado;
actualmente se le encuentra en una gran variedad de presentaciones, tamaños,
texturas, sabores, colores, marcas comerciales. Se le puede conseguir con bajo
contenido de grasa, sólido o batido, conocido este último como “estilo suizo”. Su
composición varía de acuerdo al tipo de leche utilizada como por los ingredientes
incluidos en su formulación, ya sea fruta, nueces, etcétera; gracias a esta demanda
existen muchas industrias dedicadas a la elaboración de yogurt, sin embargo, más del
90 por ciento de ellas corresponden a micro y pequeñas empresas con escasos niveles
de tecnología e inadecuados sistemas de automatización para sus productos [8].
En la actualidad las máquinas utilizadas para el envasado de yogurt suelen emplear
diferentes tipos de transmisión de energía tales como la mecánica, la hidráulica, la
electricidad y la neumática, sin embargo, la más utilizada es la electricidad por su
tiempo de respuesta alto ya que sin importar a que distancia se encuentre el mando
distribuidor de dicha energía, su respuesta será constante. En el diseño de esta
máquina se usará el aire comprimido como suministro de energía porque es un 70
por ciento más barato que la energía electica además de evitar emisiones de CO2.
Hipótesis.
Se desarrollará una máquina envasadora de yogurt la cual será de hasta un 50 por
ciento más barata comparada con las máquinas comerciales ya existentes; además se
prevé que la máquina será capaz de llenar hasta 18 vasos por minuto obteniendo como
resultado 2 cajas de producto final.
Objetivos.
Desarrollo y construcción de máquina envasadora y empaquetadora de yogurt basada
en un controlador lógico programable para lograr una automatización integral y de bajo
costo para maximizar la producción con una máquina de fabricación nacional.
Metodología.
Para la realización del proyecto el punto de partida será la expectativa que se tiene
sobre la máquina, la funcionalidad y alcance que deberá tener en relación con los
requerimientos que dicta las investigaciones sobre dispositivos comerciales y sus
funciones.
Posteriormente el proyecto se desarrollará con el estudio de máquinas ya existentes
las cuáles serán las bases para comenzar el desarrollo de las mejoras que se
implementarán
En secuencia con el periodo anterior se procedió a realizar el diseño físico del prototipo
con especificaciones físicas y dimensionamiento, así como la disposición de sus
partes.
Una vez teniendo la parte mecánica se implementó la programación en el PLC el cual
se ayudará de los sensores y los actuadores para realizar las funciones necesarias
para el envasado.
En la última sección del proyecto general se realizó la validación de los datos obtenidos
para comprobar su correcto funcionamiento y puesta en marcha como dispositivo final.
Resultados y discusión.
Con el diseño de la máquina se logró disminuir el espacio necesario para que esta
tenga un buen desempeño, dicho diseño (ver figura 1) es de manera circular y no lineal
como lo son las máquinas comerciales, además de tener la disminución de espacio
este diseño nos permite tener un proceso más eficiente ya que la producción es
continua por lo que se obtuvo una mejora en la relación producción-tiempo.
Figura 1. Máquina envasadora de yogurt.
Figura 2. Partes mecánicas de la máquina.
El proceso de envasado consta de ocho partes que nos permiten tener un envasado y
empaquetado completo, este proceso comienza con una garra que se puede observar
en el a) de la figura 2, esta garra tiene como función dispensar un vaso que se coloca
en el disco giratorio, en el b) de la figura 2 se muestra una válvula neumática cuya
función es dejar caer el yogurt necesario para llenar el vaso, una vez lleno el vaso, en
el tercer apartado (ver el c) de la figura 2) se lo colocará la tapa al vaso, para esto se
utiliza un motor neumático que hace girar un pistón que contiene una ventosa, esta
gira 180° de tal forma que queda viendo hacia arriba, el pistón sube y por vacío la
ventosa jala una tapa, el pistón y el motor neumático regresan a su posición inicial y
cuando la ventosa este viendo hacia abajo el pistón vuelve a salir y se apaga la ventosa
quedando así la tapa en su lugar y por último el pistón regresa a su posición inicial en
el d) de la figura 2 se tiene un sensor inductivo con el cual se verifica que la tapa haya
sido puesta en el vaso, una vez que se ha verificado el posicionamiento de la tapa se
procede a realizar el sellado el cual se realizará con una resistencia eléctrica
precalentada a 200°C, en la figura dos, e) se puede apreciar esta resistencia, después
un pistón levanta al vaso del disco giratorio y otro pistón jala el vaso hacia una base
en la que se acomodarán vasos de tres en tres, cada que hay tres en dicha base un
pistón lleva tres ventosas (mostradas en el g) de la figura 2) arriba de los vasos y dos
pistones más bajan estas ventosa para succionar los vasos y llevarlos hacia la caja,
una vez colocados los vasos en la caja un motor a pasos mueve la caja una posición
h)
d)
g) f) e)
de tal forma que quede alineada para los próximos tres vasos, ya que hay 9 vasos en
la caja la base regresa a su posición original, este mecanismos se observa en )
Conclusiones.
Durante la construcción de la máquina se tuvieron algunos problemas de diseño que
se tuvieron que ir corrigiendo durante el transcurso de dicha construcción ya que no
fue posible imaginar todas las situaciones de falla hasta el momento de tenerlas
presentes, sin embargo, al realizar muchas pruebas e intentar hacer que la maquina
fallara lograron salir a la luz las problemáticas presentes y así se pudieron corregir para
tener una máquina con un funcionamiento robusto. Cabe mencionar que la única
intervención del humano es para poner una caja nueva y quitar la que ya contiene los
9 yogurts.
Referencias bibliográficas.
[1] V. M. Hernández Guzmán, R. Silva Ortigoza y R. V. Carrillo Serrano, Control
Automático: Teoría de Diseño, Construcción de Prototipos, Modelado,
Identificación y Pruebas Experimentales. Colección CIDETEC del Instituto
Politécnico Nacional. México, DF, México, 2013.
[2] K. Ogata, Ingeniería de control moderna 3ª edición, Prentice-Hall, 2000.
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[5] C. Rodríguez Prada, C. Cortes Rocha, MAQUINA AUTOMÁTICA DE LLENADO
Y SELLADO DE ENVASE TIPO PET PARA CONDIMENTOS EN POLVO.
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actual-de-la-produccion-de-lacteos-en-mexico/. 2018
[7] Instituto tecnológico agroalimentario, MEJORES TÉCNICAS DISPONIBLES EN
LA INDUSTRIA LACTEA. AINIA, 2014.
[8] German Luna, KEASER COMPRESORES. [En línea]
http://airecomprimidokaeser.com/index.php/2016/01/07/aire-comprimido-
limpio/. 7/01/2016.
CARACTERIZACIÓN EXPERIMENTAL DE LA EVOLUCIÓN DE LOS
MEANDROS EN RÍOS ANTE UN ESCURRIMIENTO SÚBITO CON
FLUJO DE ESCOMBROS
López Mejía Saúl, González Arteaga Donaldo, Olvera Robles Luis Gerardo, Dr.
Gutiérrez López Alfonso
Facultad de ingeniería-Universidad Autónoma de Querétaro
Resumen
El movimiento de un meandro es un hecho constante en un rio que se debe tener en
cuenta para cualquier obra civil que se pueda llegar a localizar en las cercanías de
este. En el ámbito de la hidráulica se ha convertido un aspecto importante por todo lo
que implica, el movimiento se debe al ajuste natural de la pendiente del cauce. La
mayoría de los estudios solo han basado sus investigaciones en la predicción de un
meandro, sin embargo poca literatura muestra modelación en escala real del
movimiento de un meandro con transporte de escombros y un escurrimiento súbito. El
objetivo de este artículo realizar un análisis teórico-experimental mediante la
modelación de una sección del rio Colompo ubicado en Sinaloa con un análisis
multivariado de sus principales características morfológicas.
Antecedentes
La predicción de los meandros se volvió un aspecto primordial que permite saber
dónde pude ser localizada una obra civil sin que exista un riesgo en la estructura, este
proceso se vuelve por las variables que se necesitan para obtener esa predicción, en
Argentina en el Río Bermejo se realizó una predicción donde los valores obtenidos se
comportan como los datos los valores reales basándose en fotografías con fechas de
más de 20 años (Abad et al, 2006).
Un aspecto clave en el movimiento de un meandro es el ajuste que naturalmente se
obtiene con la pendiente del río. En la actualidad se cuenta con una gran cantidad de
estudios sobre meandros que buscan simular el movimiento de estos a un a menor
escala, uno de ellos muestra una análisis con un monitoreo de un meandro mediante
sensores. (Van Dijk et al, 2012).
La geomorfología de un ríos se mide de la con variables como la longitud del rio, el
radio de curvatura, el ancho del cauce, la longitud del meandro, el grado de curvatura
ente otros parámetros donde estudios previos han abordado la formulación propuesta
por Kinoshita para estimar la evolución en meandros. Los estudios sobre la predicción
de los meandros muestran la importancia de utilizar modelos de simulación, se realizó
un estudio en una zona de Nayarit, México con un estudio con la aplicación de la
formulación de Kinoshita para estimar la evolución del meandro con 13 características
fisiográficas en donde se comparó esto resultados con una modelación bidimensional
(Gutiérrez y Jiménez 2015).
Una considerable cantidad de literatura científica ha sido publicada en el transporte de
escombros como rocas y sedimentos donde se ha analizado el comportamiento en
base a eventos registrados tal como es el caso en Japón donde se estudió el monitoreo
de flujo de sedimentos en el rio Yogotari caracterizando en aguas arribas y aguas abajo
(Uchida et al, 2018).
Descripción del problema.
Cada vez es más difícil ignorar los problemas que se pueden llegar a presentar con el
movimiento de los meandros y las consecuencias que se tienen como lo son las
inundaciones en comunidades circundantes, daños en estructuras.
Justificación del proyecto.
La investigación sobre el comportamiento de un meandro es una preocupación
constante dentro del ámbito de la hidráulica, por lo cual este artículo aborda un análisis
teórico experimental acerca de las variables que generan el comportamiento variado
de los meandros ante diferentes situaciones que pueden o no generar problemas que
se relacionan a dicho comportamiento.
Hipótesis.
Las características morfológicas de un meandro son considerablemente afectadas con
un escurrimiento súbito y el flujo de escombros.
Objetivos.
El objetivo de este artículo es mostrar la modelación y caracterización experimental de
un meandro con un escurrimiento súbito en donde la mayoría de los estudios solo se
han enfocado en la modelación con transporte de sedimentos y no con escombros que
puede llegar a ser acarreados por los ríos además de analizar la relación que existe
entre las principales características morfológicas mediante un análisis multivariado.
Metodología.
En este estudio se pretende realizar una
simulación experimental de un meandro
localizado en la región hidrológica 10
(RH10) del estado de Sinaloa. Se
tomaron datos del simulador de flujos
de agua de cuencas (SIATL) de una
tormenta de huracán con distintos
periodos de retorno de 2, 10, 20, 50 y
100 años.
Se obtuvo un hietograma con un periodo de retorno de dos años, utilizando el método
Huf con la curva característica de la región hidrológicamente homogénea A-PA de la
tesis del Ing. Martin Rodríguez Bocanegra (Bocanegra,2013).
Mediante HEC-HMS se obtuvo el caudal dominante de la cuenca de la zona de San
Ignacio donde se tomó una parte para realizar la prueba en la mesa de simulación
donde el caudal dominante que se obtuvo fue de 244.9 m3/seg, la mayor parte de la
zona analizada de esta cuenca es bosque y selva, con una pequeña región de cultivo
y nula zona impermeable.
Se realizó una simulación a escala de 1:700
en la zona con mayor movimiento del río
Colompo del año del 2018 para conocer el
posible meandro que podría ocurrir con una
Figura 1 Hietograma de tormenta con periodo de retorno de 2 años
Figura 2 Sección del cauce seleccionada para la simulación
tormenta y el flujo de escombro, donde se analizaron cuatro curvas del meandro.
Se tomaron en cuenta las variables que
caracterizan a un cauce que contenga los
meandros con evolución y migración con
cambio más significativo. Estas variables
se analizaron en tres fases, los parámetros
originales ante un caudal base, ante un
escurrimiento súbito y ante el escurrimiento
súbito integrado con flujo de escombros.
Se realizó un modelo que se adaptó a las
características fisiográficas de la cuenca y el
cauce analizado en donde se ajustó lo más
aproximado a la realidad, ósea que el modelo se
preparó en primera instancia con características
obtenidas del año 2018. En la figuras se
muestran los cambios con un escurrimiento
súbito y flujo de escombros.
Resultados y discusión
Se realizó un análisis de componentes principales en el software de STATISTICA
primero seleccionando el meandro antes de la simulación del caudal, después se
realizó un análisis por separado del caudal de la tormenta analizada, por tercera parte
se analizó el flujo súbito con escombros de las dos primeras curvas, se había realizado
ya un análisis multivariado en el que solo se analizó la evolución ante gastos
dominantes (contreras, 2009) mientras que este articulo muestra un análisis de la
caracterización de la evolución de meandros ante un escurrimiento súbito integrado
con flujo de escombros naturales.
Tabla 1 Variables que intervienen en el análisis del cauce (Gutierrez y Jiménez 2015)
Figura 3 Cambio de la morfología del meandro en la mesa de simulación
Figura 4 Dendograma de las variables morfológicas y correlación ortogonal antes de comenzar la simulación
Figura 5 Dendograma de las variables morfológicas y correlación ortogonal después de comenzar la simulación
Figura 6 Dendograma de las variables morfológicas con escurrimiento súbito y flujo de escombros
Figura 7 Dendograma de las variables morfológicas al inicio, después de la simulación y con
escurrimiento súbito con escombros
Conclusiones.
Para el cauce seleccionado se plantearon distintos escenarios, donde se evaluó la
evolución de los meandros de acuerdo a un gasto y escurrimiento súbito integrado con
flujo de escombros. Se evaluó el cambio y evolución de los meandros obteniendo
resultados variantes para cada uno de los escenarios. Físicamente se tenían 4 curvas
en el cauce, de las cuales los resultados de sus características morfológicas
representaron que existe un agrupamiento de las variables que implican un ancho y
otro grupo notable que es la amplitud y el ancho del meandro. Por último se observó
un agrupamiento no tan visible entre λ, θ, Lc y Gc, excluyendo así las variables de la
longitud del rio y el radio de curvatura las cuales no intervienen de manera directa en
la evolución de los meandros. Como componentes principales (ACP) se encontró que
λ, A y B, junto con Lc son ACP de esta prueba con flujo súbito con escombros que
intervienen para generar el cambio más significativo en cada escenario se evaluó el
cambio más significativo, el cual fue ante el tercer escenario
Referencias bibliográficas.
[1] Van Dijk, W., van de Lageweg, W., & Kleinhans, M. (2012). Experimental
meandering river with chute cutoffs. Journal Of Geophysical Research: Earth Surface.
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Hydraulic use area in a coastal estero, using Kinoshita equation, Aqua-LAC.
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Gianluca Marcato, Alessandro Pasuto (2018). Effects of episodic sediment supply on
bedload transport rate in Mountain Rivers. Detecting debris flow activity using
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[5] Contreras, V. (2009). Caracterización fluvial y análisis multivariado, aplicado a la
migración de meandros. Maestria. Universidad Nacional Autónoma de México.
[6] Bocanegra, M. (2013). Campos de lluvia generados por huracanes en cuencas
hidrologicamente homogéneas. Licenciatura. Universidad Autónoma de Querétaro.
Biofiltración de aguas residuales: Beneficios en infraestructuras verdes e
impacto en la conservación de la naturaleza.
Maceda Osorio Iván Maceda1*; Wong Santos Estefania1; Tamayo Hernandez Edgar
David1; Ríos Moreno G.J.2.
1 Facultad de Ingeniería, Ingeniería Civil, Universidad Autónoma de Querétaro.
2 Facultad de Ingeniería Universidad Autónoma de Querétaro.
*Autor de correspondencia: [email protected]
Resumen
Durante los últimos años, el desperdicio de agua ha sido un tema cada vez más
preocupante para la humanidad debido a esto, estamos centrando nuestras
preocupaciones en un proyecto que crea una alternativa biológica que proporciona un
proceso de tratamiento de aguas residuales y tiene un impacto ambiental, social e
industrial. Este proyecto consiste en crear un biofiltro que funcione como un sistema
de tratamiento de aguas grises, con el propósito que tenga aplicaciones en áreas
multifuncionales que requieren el uso de agua no potable en una casa habitación. A
base de pruebas realizadas obtenemos que un biofiltro puede filtrar 500 mililitros de
aguas grises en un tiempo de 4 horas, en 97%.
Palabras clave: Biofiltro; aguas grises; consumo de agua; tratamiento de aguas.
Antecedentes
El concepto de biofiltración surge por primera vez aproximadamente en 1923, a partir
de aquí se continuó investigando acerca del tema, pero no fue hasta 1991 cuando G.
Leson and A. M. Winer publicaron su artículo “Biofiltration: An Innovative Air Pollution
Control Technology for VOC Emissions” que dió inicio al desarrollo de estas
tecnologías. Se data que en los años 90’s existían aproximadamente 500 biofiltros
alrededor de Alemania y los Países Bajos [1]. Hoy en día la industria de la construcción
ha crecido y se ha desarrollado de tal manera que las infraestructuras son cada vez
más óptimas e innovadoras y los materiales se han vuelto más económicos para el
cliente, todo esto con el fin de crear mejores sistemas estructurales. Este proyecto se
basa principalmente en la creación de un sistema ecológico para la gestión eficiente
de las aguas residuales utilizadas en infraestructuras verdes. La biofiltración tiene
muchas ventajas para la sustentabilidad de la industria de la construcción, la
optimización de los recursos, la conservación de la naturaleza y como una forma de
prevenir y contrarrestar uno de los mayores problemas que la humanidad padecerá en
el futuro, el calentamiento global [2].
Planteamiento del problema
Los seres humanos desperdician 169 litros por persona diarios (l/p/d) según estudios
del Departamento de Medio Ambiente y Cambio Climático, este desperdicio se genera
principalmente en áreas de ducha, lavadora, grifo, tarja, regadera, baño, riego y fugas.
En México desperdician 211 I más que el desperdicio promedio; generalmente utilizada
en la cocina, jardín y sanitarios; por ello es importante reducir el desperdicio en estas
áreas en específico, exceptuando el agua que sale de los sanitarios ya que ésta la
catalogamos como aguas negras y ocupa otro tipo tratado, una propuesta que ayuda
a lograr este propósito el uso de biofiltros [3].
Justificación
El agua potable y la utilizada para la limpieza personal representan sólo el 4% del
consumo humano, El tratamiento de aguas grises por biofiltro se centra en la
reutilización de esta agua para ser empleada en inodoros, lavadoras, riego o limpieza
de suelos o vehículos, principalmente en usos diarios de casas particulares,
restaurantes, hospitales, etc. ahorrando miles y miles de litros de agua [4].
Hipótesis
Con el desarrollo de biofiltros se espera obtener entre un 85% y 100% de agua no
potable que se le ingrese, con esto reducir el gasto de agua en una estructura verde
con la posibilidad de que éste sea sustentable.
Objetivo
Desarrollar un biofiltro a base de carrizo y lavanda, con el propósito de limpiar las
aguas grises generadas en una casa habitación.
Metodología
Para construir nuestro biofiltro, figura 1, llevamos a cabo los
siguientes pasos; identificamos una ubicación para el humedal
que conecta a la corriente de las aguas grises, calculamos el
tamaño del humedal que se planeaba construir, graduamos el
fondo de la celda para que tenga una pendiente de 0.5%. La
disminución resultante en la altura de una celda de 10 m es
0.05 m (10 m*0.5 ÷ 100 = 0.05 m), o 5 cm, construimos la celda
de humedal sobre la tierra con bloques de cemento y concreto,
u otra materia impermeable, permitiendo el espacio para
conectar la corriente de las aguas grises a la celda del humedal
vía la entrada. La celda debe ser impermeable, ya que las
grietas o los hoyos en el recubrimiento pueden contaminar el
agua subterránea, Incorporamos una válvula de drenaje en el
fondo de la celda en el lado al fondo de la pendiente. La válvula
sirve para bajar el nivel del agua para motivar el crecimiento de las raíces de las
plantas, después Incorporamos la entrada de las aguas grises, Creamos un tubo de
salida; Aplicamos una capa de arena gruesa de 5 cm de espesor en el fondo de la
celda, posteriormente Colocamos una capa de grava encima de la capa de arena. El
tamaño de la grava en los primeros 50 cm de entrada y los últimos 50 cm a la salida
debe ser de aproximadamente 5 cm en el diámetro; esto reduce el riesgo de obstruir
la entrada o salida, en caso de que los sólidos suspendidos lleguen a en estas áreas.
En todas partes del resto del sistema, el tamaño de grava deberá estar entre 0.5 y 3
cm. Aplicamos unos 45 a 75 cm de capa de grava (La profundidad de grava variará
según los cálculos previstos), pusimos una capa de pajote o tierra rico de 5 cm de
espesor, sembramos plantas de un humedal natural local (recomendado) o de un
vivero, Cuando se usan plantas de un humedal natural local, la planta completa debe
Figura 1
de estar trasplantada (hojas, tallo, raíces, retoños) más un poco de la tierra. Se puede
jalar la planta de un humedal local por el base, y debe tener cuidado que no se quiebre
los tallos. Los tallos (la parte que no está sumergida en el agua) pueden ser cortados
a aproximadamente 20 cm, saturamos el piso con agua hasta la superficie (no más) y
permitimos que se evapore lentamente, manteniendo el suelo húmedo durante todo el
período de propagación, aproximadamente 2-3 meses, el agua efluente debe salir en
el nivel del suelo y fluir al agua de superficie por un área con vegetación o llena con
piedras. Una manguera puede ser conectada a la salida para bajar el agua al nivel del
piso. Un camino puede encauzar el efluente a infiltrarse en el suelo hacia al agua de
superficie, potencialmente ganando la ventaja adicional del tratamiento por los
microbios en el suelo antes de que el agua alcance el agua de superficie. Ya que el
agua efluente no es potable, es importante que el agua no salpique cuando llegue el
suelo, ya que contaminantes residuales pueden causar enfermedades si se es
ingerido. Se reduce también la erosión del área recipiente [6,7]. Una vez completado
el biofiltro se procederá a hacer las instalaciones necesarias para que funcione como
parte de la estructura verde.
Resultados
Para realizar las pruebas se obtuvo una muestra de aguas residuales de una fuente
que almacena el agua gris proveniente de lavabos de sanitarios de uso público y
regular.
Figura 2. Proceso de filtración, A) agua gris; B) vaciado de agua gris; C) proceso de
filtración y D) comparativa del agua gris con la resultante del proceso de biofiltración.
(A) (B) (C) (D)
La Figura 2 muestra una prueba realizada con 200 mililitros de agua gris, figura (A),
para después pasar al proceso de filtración. Procedemos al segundo paso del proceso,
figura (B), agregamos el agua gris al biofiltro y se coloca un recipiente debajo de éste
para recolectar el agua que sea filtrada, figura (C). Finalmente, en la figura (D),
podemos observar que al finalizarse la filtración obtuvimos aproximadamente 150
mililitros de agua filtrada no potable, lista para utilizarse para riego o sanitarios.
En la prueba realizada con 200 mililitros de agua gris el porcentaje de filtración fue un
75%, con otras pruebas realizadas en el prototipo de biofiltro que desarrollamos
obtuvimos que podemos filtrar en un lapso de 4 horas, una cantidad de 500 mililitros
en un 97%.0
Conclusiones
Hoy en día el cambio climático es un tema al que se le debe dar la importancia que
merece, la contaminación en las grandes ciudades ha presentado un crecimiento
exponencial, generando grandes problemas en el planeta; por esto es esencial crear
alternativas más amigables con el medio ambiente, para cuidar nuestro planeta y por
ende, aumentar el tiempo de vida que tendrá la humanidad y todos los seres vivos que
habitamos en este. Tenemos que cambiar nuestro estilo de vida destructivo en otro
más sostenible y verde. Obtuvimos que podemos filtrar en un lapso de 4 horas, una
cantidad de 500 mililitros en un 97%, dicho de otra manera por cada 500 mililitros de
aguas grises que ingresan al biofiltro saldrá un aproximado de 485 mililitros de agua
tratada lista para usarse en sanitario o riego de áreas verdes. Consideramos que este
modelo es algo tardado en comparación al flujo de agua que puede filtrar, por lo cual
lo que pretendemos lograr a futuro con este proyecto es mejorar la eficiencia de éste
para que pueda ser usado a una mayor escala.
REFERENCIAS
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http://www2.inecc.gob.mx/publicaciones2/libros/396/biofiltra.html#top [Consultado el
18 de febrero 2018]
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Integración de un tratamiento biológico innovador con la desinfección físicos o
químicos para la reutilización de aguas residuales. La ciencia del medio ambiente total,
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por filtración intermitente lenta de arena para uso doméstico en los países en
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6239.
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de: http://ecotec.unam.mx/Ecotec/ecoteca/biofiltro
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arsénico en el punto de uso en China. Chemosphere, 168, pp.155-162.
[7]Leonzio, G. (2017). Optimización de la columna de destilación en una planta de
tratamiento de aguas residuales. Revista de Ingeniería Química Ambiental, 5 (6),
pp.5732-5745.
[8]Terry, L. y Summers, R. (2018). Biodegradable rendimiento de la materia y de tasa
rápida biofiltro orgánica: Una revisión. Water Research, 128, pp.234-245.
[9]Wang, M. y Chen, Y. (2018). Generación y caracterización de DOM en los procesos
de tratamiento de aguas residuales. Chemosphere, 201, pp.96-109.
CALENTADOR SOLAR DE PET PARA USO DE REGADERA
Martínez Hernández Yulissa1; Ríos-Moreno G.J2.
1 Facultad de Ingeniería, Departamento de Ingeniería Civil, Universidad Autónoma de
Querétaro. C.P. 76010, Querétaro México.
2 Facultad de Ingeniería, Universidad Autónoma de Querétaro. C.P. 76010, Querétaro
México.
* Autor de correspondencia: [email protected]
Resumen
El artículo presenta los resultados obtenidos en la elaboración de un prototipo de
calentador solar ecológico. Es un sistema de calentamiento solar para agua, con base
en recirculación natural y 100% ecológico para uso de casa-habitación. Utiliza una
serie de tubos construidos con botellas PET reutilizadas pintadas de color negro,
capaces de captar los rayos del sol, provocando en su interior un efecto invernadero,
mediante el cual el calor generado es absorbido por el agua de todo el sistema, sin
necesidad de utilizar ningún tipo de combustible. Mediante la teoría del cuerpo negro
y varias propiedades de la física óptica, se logra que el agua conserve gran parte del
calor que se absorbe con el sol durante el día. El agua incrementa su temperatura
alrededor de los 45 a los 54 °C.
Palabras Clave: Calentador, ecología, temperatura, plástico, densidad.
Antecedentes y fundamentación
Mendoza (2009), realizo un calentador de agua solar, mediante la recopilación de
información sobre diferentes modelos y formas de construcción de calentadores
solares. Valorando los puntos positivos y negativos de cada uno de ellos y decidiendo
cual era el modelo más adecuado. Rojas (2006), diseño un calentador de agua solar
a partir de botellas de plástico y cartones de leche recolectados, desarrollo un sistema
de calentamiento de agua. Alano et al., (2006), desarrollaron un manual de calentador
solar con botellas de plásticos recicladas que en su interior tiene tetra pack pintados
de negro.
Para establecer el rendimiento del calentador solar convencional se determinara por
medio de la (Eq. 1) y el rendimiento del calentador solar a base de PET por (Eq. 2),
(Ortega, 2000).
Rendimiento del calentador convencional (Eq. 1).
𝜚𝑢 = 𝑚𝐶𝑓(𝑇𝑓𝑜 − 𝑇𝑓𝑡)……(1)
Dónde: ϱu=flujo de calor de agua; m=masa de agua en el calentador; Cf=calor
especifico de agua; Tfo=temperatura de agua de salida; Tft=temperatura de agua de
entrada de agua.
Rendimiento del calentador con PET (Eq. 2)
𝑛𝑖 = [𝜚𝑢/(𝐴𝑐𝐼(𝑡))] ∗ 100….. (2)
Dónde: ni=rendimiento del calentador; Ac=Área del colector solar; I (t)=Radiación
incidente.
Descripción del problema
En México el 91% de la energía producida es debido al uso de combustibles fósiles
como el petróleo y gas natural energía que la utilizamos en los electrodomésticos, para
cocinar, lavar, calentar agua de uso para el hogar, en fin para casi todas las actividades
desarrolladas en nuestra vida diaria. Existe una dependencia hacia el uso de los
combustibles fósiles, y esto ha provocado el deterioro de la calidad del aire,
contaminación de ríos, mares y suelos, además, son responsables del cambio
climático global (Greenpeace, 2005). Por razones ambientales, económicos, sociales
y políticos, es necesario buscar otras fuentes alternativas de energía que sean más
económicas, abundante, limpias y que preserven el equilibrio ecológico (Nandwani,
2005). En nuestro planeta existen otras fuentes de energía aparte de los combustibles
fósiles, las fuentes renovables de energía como son la energía solar, eólica,
geotérmica, biomasa, mini hidroeléctrica y oceánica. Estas fuentes de energía tienen
la cualidad de ser abundantes y perdurables a través del tiempo. Sin embargo han sido
con frecuencia desaprovechadas por la humanidad. México tiene la capacidad y un
enorme potencial para aprovechar estas fuentes de energía (Greenpeace,2005). La
reutilización de envases de PET ayuda a la conservación del medio ambiente. Cada
día, sus desechos se incrementan de manera constante, lo que produce muchos
problemas ambientales, principalmente porque es un material que tiene una lenta
degradabilidad, (varias docenas de años), además que durante este proceso se
genera metano que es un gas de efecto invernadero más nocivo que el dióxido de
carbón(Sanchez,2011).
Justificación
Crear un calentador solar a base de botellas de PET. Por medio de este trabajo,
pretendo dar a conocer que tan difundido es el calentador solar a base de botellas de
PET, para dar un mejor beneficio a la sociedad, y podemos aprovechar la energía
solar que no tiene ningún costo y utilizar botellas de PET que se tiran a la basura. Se
puede decir que de este modo, se construye un dispositivo para calentar agua, con
energía totalmente renovable. Es por ello que me intereso este tema porque creo que
es importante cuidar al medio ambiente usando recursos naturales con mesura.
Hipótesis
Mediante el diseño de un calentador solar sustentable se podrán determinar las
capacidades y tipo de materiales para su construcción y un perfecto aprovechamiento
de la energía solar térmica para calentar el agua de casas habitación.
Objetivos
Diseño sustentable de un calentador solar a base de PET para uso de casa-habitación.
Metodología
El sistema se compone en su totalidad de materiales plásticos, de modo de disminuir
el impacto de los mismos y a la vez, constituirse en un producto útil. Consta de un
circuito de agua adaptado para resistir las temperaturas que pudieran producirse en el
sistema, una cámara de aire para disminuir el efecto convectivo que enfriaría al agua
que circula por los caños, un sistema de redirección de la radiación solar por reflexión
para mejorar la performance óptica y finalmente térmica del sistema (Figura 1).
Figura. 1 Diagrama de calentador solar.
El sistema consta de que las botellas lavadas y desinfectadas haciendo una pequeña
perforación en el orificio inferior de la base de la botella y con los cortes de tubo PVC
para una correcta instalación; se realizan las conexiones con la tubería
interconectadas con unión T y codos para que se pueda moldear las tuberías; estas
serán pegadas con silicón, después de todo el pegado de la tubería se procede a pintar
de negro toda nuestra tubería, las botellas se sellan una con otra para evitar fugas de
calor y cerrar las conexiones. Posteriormente se realiza el termo tanque amarrando
ambas piezas con mecate, mediante una mezcla de tierra, paja, agua y cal para pegar
al tanque en forma que se cubra completamente y finalmente hacer las conexiones del
termo-tanque al calentador.
Resultados y discusión
El diseño del calentador solar de agua mediante el diseño de PET se muestra en la
Figura 2.
Tanque de
almacenamiento
Tubería de PVC.
Armado de
PET
Figura 2. Calentador solar de agua mediante el diseño de PET.
Considerando la temperatura en la Cuidad de Querétaro para ese momento de 16 °C
de entrada al sistema se consideran las variaciones de temperatura que se obtuvieron
durante 30 horas, los resultados de la temperatura del agua a la salida del tanque se
muestran en la Tabla 1.
Tabla 1. Datos de temperatura de termo tanque.
Horas
Temperatura de
salida del
tanque(°C)
04:00 33
09:00 36
14:00 54
19:00 45
00:00 38
05:00 35
10:00 38
Aplicando las ecuaciones 1 y 2 se obtiene un rendimiento del calentador con PET
de 68.15 %. Con estos datos obtenidos se presenta que la temperatura cumplió con
más de un 50% de rendimiento. Si se considera que los días estén con temperatura
alta como regularmente sucede esto pueden considerarse que nuestro colector tenga
una ampliación de almacenamiento.
Conclusión
El desarrollo de nuevos dispositivos, cuyo funcionamiento se fundamenta en la
implementación de energías renovables, es de gran impacto en los sectores industrial
y social. En comparación con los calentadores comerciales de agua, tanto el costo de
adquisición como el consumo energético, es considerablemente más bajo gracias a la
reutilización de elementos que en principio serían considerados “basura”.
Referencias bibliográfica:
Secretaría de Medio Ambiente de la Provincia de Mendoza, 2009. Cálculos estimativos de
los Residuos sólidos Urbanos Metropolitanos.
Camilo Rojas, 2006-“Calentador Solar de bajo costo de PVC sin termotanque”
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Serrano P. 1995. Energía Solar para Todos. Ed
Alano F., Secretaria de Medio Ambiente e Recursos Hídricos – SEMA, Gobierno del Estado
de Paraná, Coordinadora de Residuos Sólidos - CRES ,2006. “Agua Quente para Todos”.
http://www.sema.pr.gov.br
Busso, Arturo J., Aeberhard, Arturo F., 1999-“Calefón Solar de Bajo Costo con colector
Plástico Plano construido en parte con elementos de descarte: Perspectiva Económica”-
Revista ASADES
M, Ortega, Rodríguez. “Energías Renovables Energía Solar Térmica”, p. 328. Madrid:
Paraninfo. 2000
M, Sánchez, A, Rosales, H, Maldonado. “Estudio de catalizadores en la degradación del PET
reciclado” REDALYC Vol. XIV, núm. 1, pp 39-45 Universidad Autónoma de Nuevo León México
Enero-Marzo 2011
Greenpeace México. 2005. Calentadores solares: energía renovable en tu hogar. Campaña
de Energía y Cambio Climático. Ed. Green Peace. México D.F. 19 p.
Nandwani S. 2005. Energía solar conceptos básicos y su utilización. Departamento de física.
Universidad Nacional Heredia. Costa Rica. 26 p.
1 Instituto Tecnológico de Querétaro. Ingeniería en Sistemas Computacionales. Av. Tecnológico s/n Esq. General
Mariano Escobedo, colonia Centro histórico. C.P 76000. Querétaro México. [email protected] 2 Universidad Autónoma de Aguascalientes, Centro de Ciencias Básicas, Ingeniería en Sistemas Computacionales,
Av. Universidad 940 Universidad Autónoma de Aguascalientes, C.P 20130 Aguascalientes, Aguascalientes México,
[email protected] 3 Hannia Melissa Flores Ornelas, Universidad Autónoma de Querétaro, Ingeniería en Software, Cerro de Las
Campanas S/N, Las Campanas, 76010 Santiago de Querétaro, QRO Tel (442) 192 1200, [email protected] 4 Ana Laura Peña Hernández, Universidad Autónoma de Querétaro, Ingeniería en Software, Cerro de Las Campanas
S/N, Las Campanas, Santiago de Querétaro, Qro C.P 76010 México Tel (427) 107-64-63,
[email protected] 5 Universidad Autónoma de Querétaro, Facultad de Informática, Av. De las Ciencias sin número Campus Juriquilla,
c.p 76230, Juriquilla, Querétaro México, [email protected]
PROYECTO YOLOTSIN: MÉTODO DE ÍNDICE DE POLARIDAD DE PÉPTIDOS Y
PROTEÍNAS PARA DETECCIÓN DEL SÍNDROME DE BRUGADA APLICANDO
PROGRAMACIÓN PARALELA
Laura Edith Mata Gallegos1, Mariana Consuelo Fernández Espinosa2 y Hannia Melissa
Flores Ornelas3, Ana Laura Peña Hernández4, y Sandra Luz Canchola Magdaleno5
Resumen
El síndrome de Brugada es un trastorno hereditario cardiaco, que presenta un patrón
electrocardiográfico característico en precordiales derechas y la predisposición a
presentar arritmias ventriculares y muerte súbita. En el presente trabajo se implementa
el Método del Índice de Polaridad aplicado para la detección del Síndrome de Brugada
aplicando programación paralela en GPUs utilizando la tecnología CUDA, logrando una
exactitud cercana al 80% con respecto a la versión secuencial en Lenguaje Fortran del
Dr. Carlos Polanco, autor de dicha herramienta Bioinformática.
Palabras clave: programación paralela, GPU, CUDA, síndrome de Brugada, índice de
polaridad.
Antecedentes y/o fundamentación teórica
Las Herramientas Bioinformáticas son herramientas computacionales aplicadas a
problemas de origen Biológico, tenemos ejemplos en la secuenciación del ADN,
búsqueda de patrones exactos en dichas secuencias, etc. De acuerdo con (Mohit Kumar,
Manoj K., & Sanjana, 2012) la Bioinformática se ocupa de dos aspectos relacionados: de
la organización de la información de tal manera que sea accesible, debido a que se trata
de enormes cantidades de información. Y segundo, del desarrollo se software y/o
herramientas para trabajar con dicha información. Nuestro trabajo incide en esta última
aproximación de la Bioinformática. Se trata de la implementación del Método de Índice
de Polaridad de péptidos y proteínas (Polanco, 2016) desarrollado en Fortran que tiene
el enfoque de procesar individualmente las muestras de proteínas, por lo que
proponemos una estrategia de trabajar el proceso en lote de un conjunto de más de
4,000 muestras tomadas del UniProt Database.
El Método de Índice de Polaridad (Polanco, 2016) aplicado para la detección del
Síndrome de Brugada (Benito, Brugada, Brugada, & Brugada, 2009) tiene como entrada
una proteína en notación polar proporcionada en formato *.dat. La siguiente tabla se
describe la forma polar que le corresponde a cada elemento en una proteína.
Tabla 1. Conversión de un elemento de proteína a notación polar.
Código Símbolo Categoría Equivalencia polar
H,K,R P+ Polaridad base 1
D,E P- Polaridad ácida 2
C,G,N,Q,S,T,Y N Polar 3
A, F, I, L, M, P, V, W NP No polar 4
El algoritmo implementado en Fortran consta de los siguientes pasos:
a) Recorre la proteína formada aproximadamente 4,000 elementos y calcula la matriz
de secuencia que contiene la frecuencia en que cada elemento i-ésimo antecede
al elemento j-ésimo. Como los elementos pueden tener valores enteros de 1 a 4,
entonces la matriz de frecuencias es de 4 x 4.
b) A la matriz de frecuencias resultante le suma un valor flotante de la matriz de peso,
que corresponde a la posición relativa de los aminoácidos en este grupo, ver tabla
2.
c) Luego, los valores de la matriz de frecuencias se colocan a manera de vector
unidimensional (16x1) y ordena de manera descendente. Esta ordenación se
realiza con el comando sort de Linux. Se crea una nueva matriz ordenada con las
posiciones (1 a 16) que ocupaban los valores en la matriz del punto anterior.
d) A continuación, dicha matriz ordenada se compara cada posición contra ciertos
valores que, si cumplen, significa que no cumple con el Síndrome de Brugada. El
número de comparaciones son más de 150 en total, por renglón.
e) Finalmente, se escribe en un archivo txt el resultado binario de análisis (Yes/No)
y el contenido de la matriz ordenada.
Tabla 2. Matriz de peso.
0.1240768 0.0672578 0.2065018 0.2856411
0.0861544 0.1123935 0.1918471 0.2502638
0.1922777 0.1765291 0.5036066 0.7144924
0.2809944 0.2851286 0.6864188 1.0000000
CUDA es una arquitectura de cómputo desarrollada por NVIDIA que permite la
programación en paralelo. Un programa en CUDA consiste de una o varias etapas que
se ejecutan en CPU (host) o en la tarjeta gráfica (device) llamada un GPU (Graphics
Processing Unit) (Kirk & Hwu, 2010), y el compilador NVIDIA C que separa las tareas
durante el proceso de compilación. Las funciones kernel generan los hilos de
programación que genera el paralelismo de los datos. Las aplicaciones paralelas de
CUDA se pueden encontrar en cualquier campo con fuertes demandas de cálculos como
el procesamiento de imágenes, optimización, aplicaciones numéricas, etc. (Couturier
Raphael, 2014)
La manera en la que CUDA hace manejo de un programa para que su ejecución sea en
paralelo es usando hilos; cada hilo es un proceso en paralelo de los demás, incluso en
lo que memoria se refiere. Estos hilos se agrupan en bloques, los cuales constituyen el
grid.
Descripción del problema
La muerte súbita es un problema de salud público a nivel mundial (Benito et al.,
2009)(Rodríguez-Reyes et al., 2015). Se reporta en diferentes poblaciones y continúa
representando al menos del 20-30% de los decesos de origen cardiaco; en países como
EE. UU. es la responsable del 7-18% de los decesos totales. En México no conocemos
la incidencia y prevalencia de la muerte súbita o del paro cardiaco súbito. La realización
de estudios que contribuyan a su detección son interés para la comunidad médica. Con
nuestra propuesta se podrían hacer estudios masivos en corto tiempo, lo cual aunado
con estudios más especializados podrían detectarse a tiempo los cuadros clínicos
factibles del Sindrome de Brugada.
Justificación del proyecto
El proceso secuencial del Método de Índice de Polaridad implica análisis de la proteína
en cuanto a su secuencia de sus elementos, lo cual es factible de paralelizar a fin de
analizar al mismo tiempo dicho proceso a varias muestras.
Hipótesis
El proceso del Método de Índice de Polaridad aplicado para la detección del Sindrome
de Brugada es aplicable de manera simultánea a varias muestras, logrando el mismo
diagnóstico y ordenación de las incidencias de proteínas.
Objetivos
Estudiar, analizar y mejorar el Método de Índice de Polaridad aplicado para la detección
del Sindrome de Brugada a fin de que sea aplicado de manera simultánea a varias
muestras.
Realizar la comparación de resultados entre el proceso secuencial y en programación
paralela.
Metodología
Para esta investigación se trabajó en el Laboratorio de Cómputo Paralelo de la Facultad
de Informática de la Universidad Autónoma de Querétaro, haciendo uso del equipo de
cómputo y el servidor de dicha institución; las especificaciones técnicas se presentan a
continuación:
El servidor Coatlicue cuenta con sistema operativo CentOS 7, tarjeta gráfica
GeForce GTX 1080 y Tesla K40c.
La estación de trabajo tiene sistema operativo Windows 10, procesador Intel core
i7, 16 GB de RAM DDR3, disco duro de estado sólido 120 GB, disco duro
mecánico de 1TB.
El software utilizado es Microsoft Visual Studio Ultimate 2013 y la versión 7.5 de
CUDA C.
La estación de trabajo tiene la tarjeta gráfica GeForce GTX 1080; su motor cuenta
con 2560 NVIDIA CUDA cores y frecuencia de reloj de 1607 mHz, con una
frecuencia de memoria de 10 Gb/s.
La segunda tarjeta de la estación de trabajo es una Tesla K40c, con 2880 NVIDIA
CUDA cores y memoria de 12 GB.
Se realizó la optimización del programa haciendo uso de la herramienta CUDA C. El
programa es capaz de analizar, simultáneamente, miles de registros de péptidos o
proteínas que se encuentren en un archivo de terminación .dat (uno por línea). Con el fin
de que este proceso fuera óptimo, se decidió que se asignaría un hilo a cada uno de los
registros. Cada bloque del programa tiene 100 hilos cada uno. Por lo que el número de
bloques es No. de muestras / 100, y se suma uno más para evitar errores.
También, en lugar de las más de 150 comparaciones por registro del punto c del
algoritmo original, se definieron patrones a revisar por renglón. Se partió del principio de
que, si se buscan excepciones, con la primera que ocurra, no se verifican las demás.
Además de que las comparaciones fueron compuestas por varias condiciones lógicas, y
esto simplificó la aplicación de los patrones establecidos. Esta aportación acelera el
programa, pues evita comparaciones innecesarias y las minimiza.
En la figura 2 se presenta el diagrama UML del algoritmo modificado. Las actividades
realizadas por el CPU aparecen como rectángulos uniformes y las actividades paralelas
se identifican con un rectángulo con el lado superior con una línea más gruesa y negra.
Cabe señalar que para la ordenación se utilizó el algoritmo Quicksort (Aho, Hopcroft, &
Ullman, 1983). Este algoritmo sigue el principio de divide y vencerás, toma un elemento
del vector a ordenar como su pivote y coloca antes que él los elementos menores al
pivote (partición izquierda), y después aquellos mayores o iguales (partición derecha). Y
con cada partición realiza lo mismo. Quicksort es uno de los algoritmos de ordenación
más pequeños, rápidos y eficientes existentes, y en nuestro proyecto aplicamos su
versión recursiva.
Figura 1. Diagrama de paralelización del programa.
Resultados y discusión
Al final de la aplicación de nuestro algoritmo paralelo en los 4388 registros se compararon
los resultados obtenidos en el programa original de Fortran, los resultados se reportaron
en un archivo txt que se muestra en la figura 3. En este reporte se enlistan los renglones
en los que hubo discordancia (diagnóstico y/o ordenación), con el objetivo de poder
probar la eficiencia del algoritmo en exactitud. Se tiene la siguiente simbología:
DI - Diagnóstico igual (Yes/No)
DD - Diagnóstico diferente
CD - Columnas diferentes. En este caso, se enlista el número de columnas que
no concuerdan.
La primera columna indica el renglón donde existe una discrepancia en el ordenamiento
y se revelan los números donde existe un ordenamiento distinto. Los datos estadísticos
comparativos se muestran de la siguiente tabla 3.
Tabla 3. Comparación del algoritmo propuesto vs original en Fortran.
Criterio Iguales
Diferentes
2
columnas
>2
columnas Totales
Relación
ordenada
3,437
(78.32%)
875
(19.94%)
76
(1.73%)
951
(21.67%)
Diagnóstico
(Yes/No)
3,668
(83.59%) 720 (16.41%)
Cabe mencionar que en los renglones con ordenación idéntica (3,437 registros) se
obtiene el mismo diagnóstico que con el algoritmo original. El tiempo de ejecución total
del proceso es aprox. 10 seg., que en su mayoría corresponde a la lectura/escritura de
los datos, pues el algoritmo de análisis se ejecuta en casi 1 ms.
Conclusiones
Al término del proyecto Yolotsin donde se aplica una estrategia de paralelización en un
algoritmo denominado Método de Índice de Polaridad, podemos establecer que logró
analizar simultáneamente los registros, pues se trabaja con almacenamiento dinámico
de memoria para los datos y con funciones paralelas. Y el programa quedó preparado
para trabajar con bloques de n registros, cuando se tenga el caso de muestras de tamaño
superior al actual. La exactitud en los análisis de registros del 83.59% con respecto a los
proporcionados en el algoritmo en Fortran. Una posible línea de investigación es explorar
las diferencias en las ordenaciones que consideramos se deben a la exactitud de datos
trabajada en ambos algoritmos. En conclusión, el proyecto Yolotsin es una herramienta
bioinformática que podría ayudar considerablemente al análisis y la detección oportuna
del síndrome de Brugada.
Figura 2. Diagrama UML de actividades proyecto Yolotsin.
Figura 3. Muestra del archivo de texto de resultados del proyecto Yolotsin.
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https://doi.org/10.1016/j.acmx.2015.06.002
Sexto encuentro de Jóvenes
Investigadores
TITULO: ASCLEPIA “SISTEMA EMULADOR PARA
PACIENTES CON TRASTORNO DE ACALASIA,
TRANSITO LENTO Y ESTREÑIMIENTO”.
INTEGRANTES
Lorena Ortiz García
Correo electrónico: [email protected]
Leslie Samerit Gutiérrez Hernández
ASESOR (ES):
M. en A. Alma Luz Ramírez Hernández (Asesor Líder)
M. en C. Omar Alejandro Cervantes Gloria (Asesor Técnico)
C) RESUMEN
ASCLEPIA es un producto tecnológico que pretende mitigar el dolor y ayudar al
esófago, a través de vibraciones, para que la comida fluya con normalidad y
pueda llegar hasta el estómago. Su mayor ventaja competitiva radica en ser un
producto no invasivo, diferenciándose de los tratamientos tradicionales, a un
costo accesible; siendo un complemento al mejorar la calidad de vida de
personas que sufren acalasia que se presenta generalmente en jóvenes y adultos
desde los 20 hasta los 55 años. ASCLEPIA pretende atender además otros
problemas como lo pueden ser: estreñimiento y transito lento en bebés, niños y
adultos; siendo estos un mercado en océano azul.
D) ANTECEDENTES Y/O FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA.
Asclepia surge por necesidad de una persona, la cual pretende una mejor calidad
de vida alimenticia en sí mismo por su padecimiento de acalasia. Dicho producto,
sin aun tener algún proceso de mercadeo, fue creado al ver que Fernando
Iracheta un hombre de 60 años de edad con acalasia, quien, al verse muy
afectado en su forma de alimentación desde hace poco más de 9 años, él junto
con su yerno deciden crear la idea de un aparato que funcione a base de
vibraciones, para que al deglutir la comida que le cuesta trabajo pasar a través
del esófago para llegar al estómago, pueda hacer esta función con normalidad.
Omar cervantes quien es el encargado del área de posgrado y el yerno del Sr.
Fernando (quien padece el trastorno), se dio a la tarea de proponer la idea en un
concurso de arte y ciencia, donde participaron alumnos de diferentes institutos
tecnológicos del país que venían por una temporada durante el verano en donde
ellos llevaron el proyecto de lo intangible a lo tangible, todo fue lo más apegado
a las necesidades ya mencionadas anteriormente. Así que el producto como tal
nace para participar en un concurso donde diferentes escuelas tecnológicas de
México presentaron una gran cantidad y diferentes tipos de prototipos para dar
solución a distintas problemáticas.
E) DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA.
ASCLEPIA fue creado con la finalidad de que los pacientes que padecen
acalasia, tránsito lento y/o estreñimiento mejoren su calidad de vida, proponiendo
un método no invasivo a dichas enfermedades o trastornos, a través de
vibraciones ayudando a que el proceso digestivo culmine de manera efectiva,
reduciendo la medicación en algunos casos.
F) JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO.
El proyecto tiene como propósito final brindar ayuda para controlar la
enfermedad de acalasia la cual es un trastorno del esófago; que es el conducto
que lleva el alimento de la boca hacia el estómago. Este trastorno afecta la
capacidad del esófago para movilizar el alimento hacia la siguiente fase del
proceso digestivo.
Con el sistema auxiliar para pacientes con acalasia se busca darle solución por
medio de vibraciones estimulando a la relajación del esfínter esofágico inferior
para lograr una correcta ingesta de alimentos y así brindar una mejor calidad de
vida a las personas que padecen este trastorno.
G) HIPÓTESIS.
Existen 3 diferentes tratamientos para combatir la Acalasia, al menos el 70 % de
las personas que se someten a estos, no mejoraran su calidad de vida; por lo que
reinciden en los efectos secundarios que presentaban antes de comenzar
cualquiera de ellos.
H1. Cuando los pacientes que sufren el trastorno de la Acalasia, e implementan
el producto Asclepia, podrían mejorar la calidad de vida y sus actividades
alimenticias al deglutir de manera más fácil sus alimentos; sin efectos
secundarios, emocionales y en la salud.
H) OBJETIVOS
Largo Plazo
1. Expandirnos a nivel regional teniendo presencia en otras ciudades.
2. Obtención de registro de patente
3. Participar en diferentes convocatorias para bajar recursos y poder
comenzar la escalabilidad del proyecto.
I) METODOLOGÍA.
Ventajas Competitivas
ASCLEPIA no se limita a ser utilizado por restricción de edad o género. Funciona
para la acalasia, tránsito lento y estreñimiento.
Algunos de los atributos de ASCLEPIA son: Fácil uso, Ergonómico, Precio
accesible, Durabilidad de la batería, Resistente a caídas, Potencia regulable,
Fácil de cargar.
Así mismo las ventajas competitivas que destacan en Asclepia son: Técnica no
invasiva, Puede ser usado infinidad de veces, No existe competencia directa, No
existen repercusiones en la salud, Es una oportunidad para el sector industrial
que trabaja por la Responsabilidad Social Empresarial y la salud de las personas.
Mercado
Actualmente los problemas digestivos se presentan con mayor frecuencia, debido
al deficiente hábito alimenticio, provocando trastornos y enfermedades
desarrollados en niños o adultos. El estado de Querétaro cuenta con un total de
1, 827,937 habitantes (INEGI, 2015), de los cuales 19 padecen acalasia (1:100
000); 549,580 estreñimiento (30%) y 457,944 transito lento (25%).
Mercado meta
Nuestro mercado meta será el estado de Querétaro, con un total de 1, 827,937
habitantes; 19 padecen acalasia; 549,580 estreñimiento; 457,944 transito lento.
Dando un total de 487,922 hombres y 519,621 mujeres, y un monto de posibles
usuarios de 1´007,543 (INEGI, 2015).
J. RESULTADOS
Precio
El precio de venta por equipo será de $3500 pesos, la promoción se realizará
con las siguientes estrategias: Visitas con Especialistas, pagina web, Facebook,
lonas, trípticos, etc.
Pronóstico de ventas
Se realizará la producción de 6
unidades por día.
Producción y Servicios
Especificaciones (Materia Prima e Insumos)
Tecnología (Equipo e Instalaciones)
Para la fabricación del producto se utiliza un cautín de 60 Watts para soldar los
componentes electrónicos a la placa, un multímetro para la medición de voltaje e
intensidad de corriente y una computadora para el diseño de la estructura y la
programación del microcontrolador.
Capacidad instalada, inventarios, ubicación y diseño de planta y oficina.
Con la contratación de 2 operadores para la fabricación del producto Asclepia en
una jornada de 8 horas, los 26 días útiles del mes la capacidad instalada es de 6
piezas diarias.
Con un costo de materia prima de $833.53, y un costo total de producción de
$901.53 MXN por unidad.
Constitución legal
Asclepia se encontrará constituida como una Sociedad por Acciones
Simplificadas (SAS)
K) CONCLUSIONES
Asclepia reúne características, condiciones técnicas y operativas que aseguran
el cumplimiento de sus metas y objetivos. Para esto es necesario que el proyecto
se encuentre íntimamente relacionado con la disponibilidad de los recursos
materiales, económicos, financieros, humanos, tiempo y de información, para un
desarrollo satisfactorio, en donde la falta de cualquiera de estos recursos podría
obstaculizar los propósitos del proyecto.
Concluyendo que Asclepia es el único aparato mecánico-electrónico, basado en
un funcionamiento mecánico, que representa una opción viable para el
tratamiento del trastorno de la acalasia, así como de los problemas de
estreñimiento e intestino perezoso, tanto por el aspecto económico como por los
tratamientos a los que se somete el paciente, razón por la que nuestras fuentes
de financiamiento son; participación en el programa de Nuevos Talentos 2017 de
CONACYT, curso con NAFINSA, atender otras convocatorias, como pudieran ser
proyectos con INADEM; los cuales nos permitan acceder a recursos económicos.
L) REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
• Porter, M. E. (2007). Competitive Strategy: Techniques for Analyzing
Industries and Competitors. Nueva York: Free Press.
• Stanton, W. J. Etzer, M. J. y Walker B. J. (2007). Fundamentos de
Marketing. McGraw Hill: México
• Kloter, P. y Armstrong, G. (20013) Fundamentos de Marketing. Pearson
Educación: MéxicoFreire, S. J. y González, L. F. (2003). Economía del
transporte marítimo. España: Netbiblio.
• Fleitman, J. (2000). Negocios Exitosos. Estados unidos: Mc Graw Hill.
• Negocios Exitosos, de Fleitman Jack, McGraw Hill, 2000, Pág. 283.
• Herrero, C. J. (2006). Teorías de pragmática, de lingüística textual y de
análisis del discurso.España: Universidad de Castilla-La mancha.
• Alcázar, J. N. (2014). Definición y diseño de productos editoriales.
Antequera, Málaga: IC Editorial.
CONCRETO LUMÍNICO A PARTIR DE MATERIALES FOSFORESCENTES PARA CASA
HABITACIÓN
Ramírez Nieto Andrea A1*, Espino Pichardo Omar1, Landaverde Medina José
Jesús1; G.J. Ríos-Moreno2
1 Facultad de ingeniería, Departamento de ingeniería civil, C.P. 76010, Cerro de las
campanas S/N; Universidad Autónoma de Querétaro, México;
2 Facultad de Ingeniería C.P. 76010, Cerro de las campanas S/N; Universidad
Autónoma de Querétaro, México
*Autor de correspondencia: [email protected]
Palabras clave: Reducción de electricidad, demanda de energía, concreto lumínico.
Resumen
Hoy en día el consumo de energía eléctrica va aumentando año con año, tan solo
la demanda de electricidad registrada en diciembre del año 2017 fue un crecimiento
de 5,3% en comparación con un año antes. En diciembre de 2017, la demanda neta
total del Mercado Eléctrico Mayorista fue de 11.829,9 gigavatios hora (GWh);
mientras que en el mismo mes de 2016 había sido de 11.210,7 gigavatios hora
(GWh), de lo cual resulta un aumento interanual de 5,3%. Además, la demanda
presentó un crecimiento intermensual de 15,8 por ciento [10]. Dando así un
incremento considerable año con año, por este motivo se puede reducir el consumo
de energía eléctrica con la utilización del cemento emisor de luz, ya que, las
aplicaciones son muy amplias, dado que no requiere un sistema de distribución
eléctrica y se recarga solo con la luz. La durabilidad del cemento emisor de luz se
estima mayor a los 100 años por su naturaleza inorgánica, y es fácilmente reciclable
por sus componentes materiales. Es por eso que analizando lo ya mencionado se
opta por implementar el concreto lumínico a una casa habitación al igual que
después de haber recabado información previa del consumo energético de dicho
lugar, se aplica el concreto, después de esto seguir analizando los datos de
consumo energético y comparar el ahorro de energía.
Antecedentes y fundamentación teórica
Rubio 2016, mostro los inicios para cambiar la estructura del cemento, para eliminar
las escamas y dejarlo por completo en forma de gel, logrando así absorber la
energía del sol, para luego devolverla al medio ambiente en forma de luz. Este
cemento “brillante” se hace con una base de arena y arcilla, y el único desperdicio
de su fabricación es el vapor de agua; el proceso por el que pasó al cemento evita
su deformación, decoloración y cristalización. Cualquier fuente de luz, tanto natural
como artificial, que el cemento reciba le permite “cargarse”. Una vez que el material
se carga por un periodo de 10 a 12 horas tiene la posibilidad de emitir luz,
comenzando con una luz intensa que luego va disminuyendo gradualmente por
periodos de 8 a 12 horas, dependiendo de la calidad del material y de la intensidad
de carga.
Descripción del Problema
Año con año en las casas habitación se realiza un gasto energético puntualizado en
la iluminación, lo cual conlleva un gasto monetario considerable; por lo cual este
proyecto busca reducir el consumo de energía a través de la utilización del concreto
luminiscente.
Justificación del proyecto
El concreto es uno de los materiales más utilizados en el mundo de la construcción
debido a sus características de resistencia, versatilidad, durabilidad y economía.
Algunas de las materias primas básicas para la fabricación del concreto son el
cemento, agua, agregado grueso y arena; también se adicionan materiales como
las puzolanas y aditivos para modificar las propiedades del concreto, ya sea en
estado fresco o endurecido. Las proporciones en las que se mezclen todos los
materiales tendrán una influencia en las propiedades del concreto. La utilización de
materiales foto luminosos en una matriz cementante es algo poco investigada, y la
poca información que se posee aún no está disponible en su totalidad al público
dado que la patente de este cemento está en trámite, por lo tanto, con este trabajo
se podrán aportar conocimientos sobre los componentes del cemento portland y
las propiedades fotoluminosas, así como dar una opción para disminuir el consumo
de energía eléctrica al aplicar este cemento lumínico en diversas estructuras,
viviendas, construcciones, entre otras.
Hipótesis
El cemento lumínico cumple con la finalidad de brindar energía totalmente
autosustentable, con su aplicación en una casa habitación es posible reducir el
consumo de energía eléctrica hasta un 50% de su consumo normal.
Objetivos generales
Reducir el consumo de energía eléctrica en una casa habitacional mediante la
utilización de cementos lumínicos.
Metodología
Lo primero que hacemos es determinar el lugar donde se realizara la
experimentación del cemento lumínico, el cual será una casa habitación para así
recabar la información del consumo energético de los anteriores 2 años del lugar
seleccionado así como tener en cuenta los lugares exactos donde se necesita más
luz, después de tener recabada toda esta información y teniendo un informe previo
del consumo energético de la casa habitación, se diseñará la mezcla de acuerdo al
lugar a aplicarse, al aplicar la mezcla en lugar seleccionado se monitorea el
consumo de energía eléctrica de dicho lugar después se comparará la información
recabada de los dos años anteriores antes de la aplicación del cemento lumínico
con la obtenida después de su aplicación, se espera que haya resultados los cuales
sean favorables.
Resultados
Se observa la existencia luminosa emitida por la muestra, es decir el tiempo de la
iluminación recibida. Esta existencia luminosa está relacionada con la capacidad
máxima de almacenamiento de energía del material. En nuestro caso se observó
que, para el pigmento con una concentración del 7% añadido, aproximadamente
hay una duración de 5 a 6 horas. Finalmente, hemos intentado profundizar en el
conocimiento de los mecanismos de almacenamiento de luz en materiales con
pigmentos fosforescentes de alta eficiencia. Es difícil conocer en detalle dichos
mecanismos debido a la complejidad de los procesos internos que median entre la
absorción y la emisión de estas muestras, por lo que se hace necesario disponer
cuando menos de una buena caracterización de su comportamiento químico.
Conclusiones
Teniendo en cuenta el consumo de energía eléctrica que se da por año y este va a
su vez va en aumento siendo así una mayor demanda energética, considero que es
una buena opción el uso del cemento lumínico para lograr una disminución en el
consumo de energía eléctrica; por este motivo sé que mi hipótesis esta en lo
correcto de que si es posible disminuir el consumo de energía eléctrica con el uso
de este cemento. Ya que con su uso salen beneficiados varias personas en
cuestiones monetarias y disminuiría la contaminación electromagnética, también
conocida como electropolución, que se refiere a las radiaciones de espectro
electromagnético (o campos electromagnéticos) generadas por equipos
electrónicos u otros elementos producto de la actividad humana. Además brinda
una vista única y singular dependiendo del diseño y los lugares donde se apliquen
(Figura 1 y Figura 2).
Figura 1. Aplicación del cemento lumínico en interiores.
Figura 2. Aplicación del cemento lumínico a exteriores.
Referencias
[1] MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN JORGE GÓMEZ DOMÍNGUEZ, Ph. D.
Departamento de Ingeniería Civil. Instituto Tecnológico y de Estudios
Superiores de Monterrey, Campus Monterrey. Capítulo 6, El cemento
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[2] MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN JORGE GÓMEZ DOMÍNGUEZ, Ph. D.
Departamento de Ingeniería Civil. Instituto Tecnológico y de Estudios
Superiores de Monterrey, Campus Monterrey. Capítulo 6, El cemento
portland. (2016) 248-315.
[3] A. Lübeck, A. L. G. Gastaldini, D. S. Barin, and H. C. Siqueira, “Compressive
strength and electrical properties of concrete with white Portland cement and
blast-furnace slag,” Cem. Concr. Compos., 34 (2012) 392–399.
[4] L. M. Dellinghausen, A. L. G. Gastaldini, F. J. Vanzin, and K. K. Veiga, “Total
shrinkage, oxygen permeability, and chloride ion penetration in concrete
made with white Portland cement and blast-furnace slag,” Constr. Build.
Mater., 37 (2012) 652–659.
[5] R. CHEN and S. W. S. McKeever, Theory of Thermoluminescence and
Related Phenomena, 1st ed. WORLD SCIENTIFIC, 1997.
[6] . A. H. Wako, B. F. Dejene, and H. C. Swart, “Roles of doping ions in afterglow
properties of blue CaAl2O4:Eu2+,Nd3+ phosphors,” Phys. B Condens. Matter,
439 (2014) 153–159.
[7] . A. V. Girão, I. G. Richardson, C. B. Porteneuve, and R. M. D. Brydson,
“Composition, morphology and nanostructure of C–S–H in white Portland
cement pastes hydrated at 55 °C,” Cem. Concr. Res., 37 (2007) 1571–1582
[8] José Carlos Rubio Ávalos, “cemento emisor de luz”. CONACYT. "Agencia
Informativa".2016. www.conacytprensa.mx.
[9] K. Komnitsas and Zaharaki D (2007). “Geopilimerization: A Review and
Prospects for the Minerals Industry”. Minerals Engineering., 20 (2007) 1261-
1277.
[10] Flores, Arlene Patiño; “En Querétaro, consumo de energía crece 6.5%
anual”; El economista; mayo de 2017, 15-16.
Título: Evolución de una brecha debido al aumento del nivel de aguas dentro
del embalse de una presa de materiales graduados. Caso experimental.
Datos de los autores: José Emmanuel Reséndiz Velázquez*1, Tristhan Andrés
Cervantes Yáñez1, Juan Pablo García Abrajan1, Brenda Daniela Mata Martínez1,
Cesar Navarro Rubio1, Arturo Mendoza Estrada1, Dr. Alfonso Gutiérrez López2.
1 Autores, 2 Investigador asesor, Facultad de ingeniería, Universidad Autónoma de
Querétaro. *Correo electrónico: [email protected]
Resumen: El efecto abanico en el rompimiento de presa es el principal objetivo
dentro de esta investigación, mediante pruebas de laboratorio con diversos tipos de
materiales se ha desarrollado todo un seguimiento a este efecto producido aguas
arriba de una presa. En el presente documento se muestran los resultados obtenidos
y se busca una relación que ayude a entender de mejor manera el comportamiento
de este fenómeno.
Antecedentes y o fundamentación teórica: Los distintos modos de falla de una
presa han sido objeto de investigación a lo largo de los últimos años, como es el
caso de la falla de cascada provocado por un deslizamiento de tierra (Cao, Yue &
Pender, 2011) o producto de un sismo que ocasiona de igual manera deslizamiento
de tierra como el que sucedió en Taiwan en 2009 (Feng, 2011). Se conoce también
que los flujos de ruptura de presas son ocasionados por el transporte de sedimentos
en camas inclinadas (Emmett & Moodie, 2009). Por lo que recientemente,
investigadores han examinado los efectos y causas de las rupturas de presas
realizando diversos análisis y modelos como el que se realizó para la región de
Alpine Valleys (Pilotti, Maranzoni, Milanesi, Tomirotti & Valerio, 2014) que obtuvo los
resultados proporcionados por un 1D y un modelo 2D basado en las ecuaciones de
aguas someras para la ruptura de presas con propagación de ondas en regiones
alpinas o como muestra la evidencia reciente sobre la materia, se sugiere que se
debe de tener un mejoramiento de la preparación ante inundaciones causadas por la
ruptura de presas mediante el uso de modelos de ruptura como el realizado en
Mississippi en Estados Unidos (Huthoff, Remo & Pinter, 2013), o el estudio realizado
con flujo de ruptura en el que se muestra la evolución de la interfaz agua-agua en la
inicial etapa del flujo de ruptura de la presa (Ye & Zhao, 2017).
Adentrándonos más en la evolución de la brecha prolifera la preocupación sobre
cómo es que esta afecta en la falla y ruptura de la presa, debido a que la mayoría de
los estudios en este campo sólo han llevado a cabo investigaciones y experimentos
aguas abajo donde se realizaron experimentos de laboratorio a pequeña escala para
evaluar los efectos del desbordamiento de la presa y se investigaron fenómenos
simultáneos que aparecen en un río (Serazul Islam, 2015), de igual manera otras
investigaciones solo se han centrado en los efectos del alto flujo del río en el lugar de
inundación, de los materiales que conforman la brecha y la presa (Islam & Tsujimoto,
2012).
Descripción del problema: Determinación de las dimensiones geométricas del
efecto del desalojo de aguas arriba de embalse que se generan en el agua al
provocarse la ruptura de la brecha, ya que mientras más aumenta el radio del
abanico más material socava y lo que se pretende es determinar su comportamiento
por medio de sus dimensiones geométricas.
Justificación del proyecto: Los estudios publicados hasta el presente no han tenido
en cuenta los fenómenos que se generan aguas arriba del embalse, surge, por tanto,
la necesidad de comprender el efecto del desalojo de aguas en esa sección y de
determinar las dimensiones geométricas producidas por este, al provocarse la
ruptura de la brecha.
Hipótesis: La evolución de la brecha de una presa de materiales graduados está
directamente relacionada con la ruptura del embalse en el tiempo, esto debido al
aumento del nivel de aguas arriba en la presa misma.
Objetivos: Determinar la relación que existe entre la evolución de la brecha y la
ruptura del embalse en el tiempo, conociendo como avanza una con respecto a la
otra se pueden realizar obras para mitigar el efecto que ocasiona la evolución de la
brecha con la falla de la presa, disminuyendo los peligros que pueden ocasionar una
catástrofe, ocasionado pérdidas materiales y humanas.
Metodología: Los datos fueron obtenidos, para este análisis, por medio las diversas
modelaciones realizadas en el Laboratorio de Hidráulica de la Facultad de Ingeniería
del Centro Universitario de la Universidad Autónoma de Querétaro, mediante el
empleo del canal de fondo móvil (escala 1cm-100cm) ilustrado en la figura 1 y 2
cuyas dimensiones están señaladas, para representar las dimensiones de todas las
secciones se utiliza el software AutoCAD 2017.
Fig. 1. Corte transversal del canal de fondo móvil. Fig. 2. Corte longitudinal del canal de fondo móvil.
Se llevaron a cabo 2 modelaciones de distintos casos de rompimiento de brecha,
ambos con las mismas dimensiones (ver fig. 3 y 4), estas se realizaron con un
corazón impermeable (madera con recubrimiento de plástico), con los cuáles se trató
de dar a luz como el tirante que se genera en la cortina de la presa afectaba el
tamaño del abanico aguas arriba.
Fig. 3. Corte longitudinal de
la presa a simular.
Fig. 4. Vista de planta de la
presa a simular.
Fig. 5. Mallado de la sección
del canal a estudiar y ubicación
de sensores ultrasónicos en el
canal de fondo móvil.
Se decidió que el mejor método a adoptar para la realización de esta investigación
sería el trazado de una cuadricula en la sección del talud con 20 cm aguas abajo y
20 cm aguas arriba (ver fig. 5) con ayuda de estambre pues es muy sencillo de
emplear. Para examinar el fenómeno del abanico en detalle se utiliza una video
cámara apoyada sobre el canal, ubicada exactamente encima de la cuadrícula y para
efectos de la medición del tirante se tomaron en cuenta los tirantes finales (efecto de
socavación en el talud debido al abanico).
La muestra empleada para el caso 1 de esta investigación es arena (material menor
a la malla #4) y para el caso 2 arena con grava, las cuales se utilizan para la
construcción del talud, estas pequeñas muestras se seleccionaron aleatoriamente
dado que en las presas hay materiales de diferentes agregados gruesos, dichas
muestras son cuarteadas y se selecciona una muestra representativa y con una
brecha en la corona (ver fig. 6) de dimensiones ilustradas en la figura 6 y 7.
Fig. 6. Corte transversal de la brecha.
Fig. 7. Modelación de la brecha en la corona de la
presa.
Para reducir el sesgo en los niveles aguas arriba y aguas abajo, las mediciones se
llevaron a cabo con sensores ultrasónicos de proximidad que mandan la base de
datos registrada a una plataforma llamado “Código Arduino Emisor” y “Código
Arduino Registro” (ver fig. 6) que se abren mediante el software de Arduino.
Se bombea agua (bomba marca ARMFIELD LIMITED RINGWOOD HAMPSHIRE
ENGLAND) para la modelación, con la utilización de la video cámara se aprecia la
evolución de la brecha en el tiempo, así como con ayuda de la cuadrícula (malla a
cada 5 cm) se ve el incremento del radio al pasar el tiempo.
Resultados y discusión
Tabla 1. Evolución de la brecha a lo largo del tiempo
para el caso 1.
Figura 1. Tirantes de la cortina con material de
diámetro medio = 1.68 mm.
Grafica 1. Análisis de componentes principales y detallado de las variables con mayor relación caso 1.
Gráfica 2. Análisis de jerarquización de variables y detallado de las variables caso 1 (Dendogramas).
Tabla 2. Evolución de la brecha a lo largo del tiempo
para el caso 2.
Figura 2. Tirantes de la prueba de la cortina de
arena con grava.
Grafica 2. Análisis de componentes principales y detallados de las variables con mayor relación caso 2.
Gráfica 3. Análisis de jerarquización de variables y detallado de las variables caso 2 (Dendogramas).
Grafica 2. Análisis de componentes principales y detallados de las variables con mayor relación caso 2.
Para el procesamiento de los datos se empleó un análisis multivariable por medio del
software Statistica_7.0.61.0 (ver gráfica 2), se puede apreciar que la mayor relación
se da entre el ancho del arco y el tirante aguas arriba, caso contrario el radio del
segmento circular no tiene relación con ambos tirantes, no obstante, también se
muestra una fuerte relación entre la amplitud del arco y la amplitud de la brecha.
Conclusiones: Podemos concluir a partir de los datos obtenidos, que en ambos
casos y considerando el tipo de material para las pruebas realizadas, no existe una
relación entre el fenómeno formado por el rompimiento de presa “abanico”, que
mantiene las condiciones geométricas de un segmento de circulo, y el incremento del
tirante aguas arriba en el embalse. Además, la interpretación de los datos muestra
una relación fuerte entre la amplitud del arco y la amplitud de la brecha, por lo que
estos resultados pueden ayudar a comprender el comportamiento del rompimiento de
presa de materiales graduados, provocado por la erosión debido al paso del agua a
través de la brecha.
Referencias bibliográficas
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failure. Journal Of Flood Risk Management, 4(2), 104-114. doi: 10.1111/j.1753-
318x.2011.01098.x
Feng, Z. (2011). The seismic signatures of the surge wave from the 2009 Xiaolin
landslide-dam breach in Taiwan. Hydrological Processes, 26(9), 1342-1351. doi:
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Pilotti, M., Maranzoni, A., Milanesi, L., Tomirotti, M., & Valerio, G. (2014). Dam-break
modeling in alpine valleys. Journal Of Mountain Science, 11(6), 1429-1441. doi:
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Sloping Erodible Beds. Studies In Applied Mathematics, 123(3), 257-290. doi:
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Huthoff, F., Remo, J., & Pinter, N. (2013). Improving flood preparedness using
hydrodynamic levee-breach and inundation modelling: Middle Mississippi River, USA.
Journal Of Flood Risk Management, 8(1), 2-18. doi: 10.1111/jfr3.12066
Ye, Z., & Zhao, X. (2017). Investigation of water-water interface in dam break flow
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10.1016/j.jhydrol.2017.02.055
Serazul Islam, M. (2015). Experimental and Numerical Approaches to Overtopping
Levee Breach Effects in a River and Floodplain. American Journal Of Civil
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Islam, M., & Tsujimoto, T. (2012). Comparisons of Levee Breach and Successive
Disasters in Floodplain between Bangladesh and Japan. Procedia Engineering, 28,
860-865. doi: 10.1016/j.proeng.2012.01.824
Hydrophobic concrete resistant to sulfates as a
protection mechanism against the presence of
seawater
Jesús Roberto Pulido Vera and Jose Antonio Rivas Arreola;
Autonomous University of Queretaro
Faculty of Engineering
Querétaro, Mexico
Summary- Exposing a concrete structure to seawater becomes more
vulnerable than that which is not exposed to it, because some
substances such as chlorides and sulphates attack low permeability
structures that are more exposed to corrosion. The Institute of
Cement, Concrete and Aggregates of Australia (CCAA) and
Portland Cement Association (PCA) have found through reasearch
that due to the aforementioned it is proposed to generate a concrete
capable of resisting the effects of corrosion through a sulphate
resistant cement and a hydrophobic coating which will give us a
guarantee that the structures made in this way will have an excellent
performance before this problem and to make sure of this the tests
are made based on the ASTM (filtration speed test and unit weight
test and empty content).
Keywords-concrete; corrosion; permeability; hydrophobic.
I. INTRODUCTION
To obtain a sustainable construction [1] or a conscious use of
the natural resources that are available for construction and a
design or constructive process that considerably reduces the
environmental impacts, a huge change of mentality in the
construction industry is needed . In this same sense, the
technology of concrete responds with the characteristics of
sustainability that enhance the material in a new market,
improve environmental conditions and save resources; This
vision includes both energy, water and materials, as well as
systems or strategies that affect the global concept of quality.
It treats will give him solution to this problematic through a
cement resistant to the sulfates and complementing with a
hydrophobic coating that is a step different from which it has
done in Spain where has worked with the addition of slag and
volatile ashes [2 ] with which they have shown that low
calcium fly ash is an effective mineral addition to improve
sulfate resistance of normal portland cement [3].
The materials that are going to be used are:
Portland Cement: Industrial portland cement resistant to
sulphates has been used.
Additions
The additions that will be used will be a granulated blast
furnace slag, a fly ash and a ground siliceous sand to be used
as a control [4].
a) Slag
b) Fly ash
c) Arena
To manufacture 1 x mortar test tubes (1: 3)
1 X 6 cm natural sand has been used, with a SiOg content
greater than 99%. The grain size is between 1 and 1.5 mm. On
the other hand, this sand has been used as an addition to the
cement, once ground until it has passed through a sieve of 88 ^
m [5].
d) Hydrophobic coating
ASTM TESTS
Tests will be conducted based on the ASTM standards to
know the behavior of the concrete after having been created
with the materials discussed above, the tests will be those of:
a) unit weight and content of voids
b) infiltration rate
c) compressive strength
UNIT WEIGHT AND VACUUM CONTENT
To perform the test requires a cylindrical metal mold of 7
liters capacity, similar to that used in the test of air content for
conventional concrete
(ASTM C231) [6], a compaction hammer such as that used in
the soil compaction test of the Proctor Standard, weighing 2.5
kg (ASTM 0698) [6], and a
Rectangular metal plate 6 mm thick and with a length and
width of at least 50 mm greater than the diameter of the
cylindrical mold [7].
The test consists of obtaining a concrete sample, in accordance
with ASTM C172 [8]. Previously, the mold is moistened, and
then filled with concrete mix in two layers of approximately
equal depth. Each layer is compacted by applying 20 strokes
with the Proctor hammer, which is dropped from a height of
300 mm, taking care to compact over the entire surface.
Finally, the surface is flush with the rectangular plate. The unit
weight and empty contents are calculated with expressions 1
to 3.
𝑃𝑈 =𝑃(𝑚+𝑐)−𝑃(𝑚)
𝑉(𝑚) (1)
%𝑉 =𝑃(𝑡ℎ𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐)−𝑃𝑈
𝑃(𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜) (2)
𝑃𝑈(𝑡ℎ𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐) =𝑃(𝑡)
𝑉(𝑡) (3)
INFILTRATION SPEED
Test Method for the Field Infiltration Rate of the Porous
Concrete (ASTM C1701 Standard Test Method for Infiltration
Rate of In Place Pervious Concrete), [9]. The method is
applicable to detect the possible reduction of the infiltration
rate in the test zone. It does not measure the influence of the
possible obstruction and / or plugging of the voids in the
infiltration velocity, for which it is necessary to extract a core
from the section of the test zone. To determine the infiltration
velocity of a pavement, multiple measurements must be made
at several points, maintaining a distance of one meter between
measuring points and calculating the average [10].
For the test, a rigid and cylindrical metal ring of 300 mm
diameter and 50 mm diameter is required.
mm height The inner surface of the ring is marked with two
lines at a distance of 10 and 15 mm from the bottom of the
ring.
The test consists of moistening the test area, placing the ring
sealing the contact area with the concrete surface [11]. A
known volume of water is poured into the ring and the time it
takes the pavement to absorb the water is recorded. The
infiltration rate is calculated with the expression 4.
𝐼 =𝑘𝑃
𝐷2𝑡 (4)
In the expression, I (in mm / h) is the infiltration rate of the
porous concrete, k (in mm³ * s) / (kq * h) a constant, P (in kg),
the weight of the infiltrated water, D (in mm) the diameter of
the ring and t (in s) the infiltration time of the water in the test
area. The constant k is 4583666000 for the International System
of Units.
COMPRESSION RESISTANCE
The type of test must be evaluated in addition to the compaction
technique, the pitch material and the appropriate cylinder size.
The relationship between compression resistance obtained in
cylinders and cores is also studied [13].
RESISTANCE TO FLEXION
The Working Group believes that the new proposal should be
very similar to the one used for conventional concrete.
However, two test versions are contemplated, one of single
section for porous concrete without reinforcement and another
of more complex section for fiber reinforced porous concrete
[14].
TESTS
When performing the infiltration test we observed how quickly
the water penetrated into concrete.
Figure 1.preparation for the infiltration test
Figure 2. infiltration test
RESULTS
Table 1. infiltration rate
It can be seen that an infiltration rate of 0.1ml / min is
generated for the concrete created.
CONCLUSION
BY MEANS OF THE TESTS CARRIED OUT WE CAN ASSURE THAT
THE SULPHATE RESISTANT CONCRETE AND WITH A
HYDROPHOBIC COATING IS TOO FEASIBLE SINCE IT HAS GOOD
RESULTS THAT GENERATE GREAT RESISTANCE TO THE
STRUCTURES EXPOSED TO THE SEA WATER SINCE THE RESULTS
OBTAINED IN THE TEST OF INFILTRATION TELL US THAT OUR
STRUCTURES WOULD BE HYDROPHOBIC AS WELL AS RESISTANT
TO SULFATES.
material Infiltration rate
concrete 0.1ml/min
REFERENCES
[1] Lidia M. Velez, “Permeabilidad y Porosidad en Concreto, 2005.
[2] Demetrio Gaspar-Tebar y José Luis Sagrera-Moreno. “Durabilidad del hormigón: Acción del agua de mar sobre un cemento portland resistente a los sulfates. Influencia de la adición de escorias y de cenizas volantes”
[3] Edgardo F, Oscar R., K. Elissa, “Resistencia a los sulfatos del cemento Portland normal con ceniza volante” 1989.
[4] Demetrio Gaspar-Tebar y José Luis Sagrera-Moreno. “Durabilidad del hormigón: Acción del agua de mar sobre un cemento portland resistente a los sulfates. Influencia de la adición de escorias y de cenizas volantes”
[5] Demetrio Gaspar-Tebar y José Luis Sagrera-Moreno. “Durabilidad del hormigón: Acción del agua de mar sobre un cemento portland resistente a los sulfates. Influencia de la adición de escorias y de cenizas volantes”
[6] ASTM C231 (2009). Standard Test Method for
Air Content of Freshly Mixed Concrete by the Pressure Method
[7] ASTM 0698 (2007). Standard Test Method for Laboratory Compaction Characteristics of Soil Using Standard Effort (600 kN-m/m3)
[8] ASTM C172 (2008). Standard Practice for Sampling
Freshly Mixed Concrete.
[9] ASTM C1701 (2009). Standard Test Method for Infiltration Rate of In Place Pervious Concrete.
[10] Montes F., Valavala S. y Haselbach L. (2005). A New Test Method for Porosity Measurements of Portland.
Cement Pervious Concrete. Journal of ASTM.January. Vol. 2, No. 1
[11] J ASTM C944 (2005). Standard Test Metnod for Abrasion Resistance of Concrete or Mortar Surfaces by the Rotating-Cutter Method.
[12] ASTM C231 (2009). Standard Test Method for Abrasion Resistance of Horizontal Concrete Surfaces.
[13] ASTM E303 (2008). Standard Test Method for Measuring Surface Frictional Properties Using the British Pendulum Tester.
[14] ASTM WK23367 (2011). New Test Method for Evaluating the Surface Ourability Potential of a Pervious Concrete Mixture.
“Reducción de la erosión en la micro-cuenta Pie de gallo, Qro.”
Datos generales:
Autores:
Sánchez Aguillón Jesús Daniel.
Callejas Badillo Oswaldo.
MC. Velázquez Luna Leandro.
Dr. Trejo Perea Mario.
Asesor: MC. Velázquez Luna Leandro.
Institución: Universidad Autónoma de Querétaro.
Adscripción: Facultad de Ingeniería.
Resumen:
Este proyecto abordará el tema de las presas de gavión principalmente con un
enfoque de ayuda a la sociedad y medio ambiente aplicando los conocimientos
obtenidos en la carrera de ingeniería civil.
Las presas retienen hasta un 70% de sedimentos en promedio, siendo su objetivo
principal resolver problemas como: Limitar los efectos de la erosión, protección y
reparación de suelo, control del cauce de ríos.
Antecedentes:
Del año 2014 al 2017 la Secretaría del Medio Ambiente del Gobierno del Estado de
México, a través de PROBOSQUE ha construido 245 presas de gavión, de las
cuales 200 son obras nuevas y 45 se han rehabilitado, con un volumen total de
28,242 m3 de gaviones. Con lo anterior se ha logrado la retención y conservación
de 677,808 m3 de suelo. El Servicio de Recursos, Fomento y Aprovechamiento de
Aguas (AGLW) de la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la
Alimentación (FAO) está promoviendo la misma tecnología sencilla -los "gaviones"-
para utilizarlos como bloques de construcción en las estructuras hidráulicas de bajo
costo y larga duración en los países en desarrollo como Botswana, Etiopía, Nigeria,
China, Viet Nam y Haití, donde todos los proyectos de aprovechamiento de aguas
e irrigación han utilizado gaviones importados o fabricados localmente. Estas
estructuras suelen ser represas de terraplenes hechas de gaviones, de protección
contra la erosión.
Argentina, Bolivia y Paraguay han diseñado varios programas de actuación conjunta
en cuencas fluviales repartidas entre los tres países. En el marco de dichos
programas han establecido mecanismos y sistemas de uso integral del recurso
natural del río Santa Ana (Subcuenca río Calderas) y de control de sedimentos en
la Cuenca del río Tolomosa (Subcuenca río Mena). En el caso de la Cuenca del río
Tolomosa las obras de control de sedimentos (99 diques en total entre diques de
tierra, gaviones y troncos) se han complementado con prácticas agroforestales y
silvopastoriles.
Descripción del problema:
En el municipio de Querétaro actualmente presenta un problema de contaminación
el cual está provocando erosión en el suelo por falta de nutrientes y sedimentos. Se
deben tomar las medidas necesarias antes de que este problema incremente más
y cause daños considerables en el medio ambiente.
En la zona de pie de gallo, Qro. El problema es que al llover los sedimentos resbalan
por las cuencas naturales y quedan estancados en presas, lagos, re-presas, ríos
etcétera. Por esta razón no son aprovechados de ninguna manera para la sociedad
ni para el ambiente. Quedando estancados los sedimentos en las presas generan
un problema, ya que disminuyen su capacidad de volumen para almacenar agua
porque los sedimentos ocupan a su vez espacio dentro de la presa. Lo cual implica
que las presas presenten desbordamientos provocando inundaciones.
La zona de estudio es un 70% uso de suelo agrícola, 15% Pastizal y 15% Urbano
por la comunidad cercana ubicada en el lugar. El tipo de suelo que hay es litosol
que es considerado un tipo de suelo compuesto en escarpas y afloramientos
rocosos, su espesor es menor a 10 cm y sostiene una vegetación baja. El lugar
cuenta con pendientes aproximadamente de entre 2% y 8.7%.
Justificación del proyecto:
Implementar este proyecto de presas de gaviones en la comunidad de Pie de Gallo,
Querétaro, Qro. Porque en esa zona existe una red hidrológica actualmente con
erosión de suelo, por lo cual es estrategia para colocar las presas de gavión y de
esa manera reducir el escurrimiento por las paredes de la cuenca para retener
sedimentos y nutrientes para la reforestación del lugar.
Las presas de gavión funcionan como “tapones” en las redes hidrológicas naturales
que están en la zona, de esta manera el agua se “estanca” o “retiene” junto con
todos los sedimentos que resbalan a causa de la lluvia. Las presas de gaviones
ayudan a disminuir la velocidad del escurrimiento es decir, el volumen de las
precipitaciones que caen sobre la cuenca ya que la turbulencia en el escurrimiento
agrava la erosión de la zona y como resultado disminuirá la erosión de la tierra del
lugar ya antes mencionado.
Nuestro proyecto ayudará a la sociedad, disminuyendo la probabilidad de
desbordamientos en ríos y lagos, por consecuencia habrá menos inundaciones en
la zona. Además nuestro proyecto tendrá impacto en lo económico por las personas
que viven en ese lugar y su sustento monetario es la agricultura y ganadería.
Hipótesis:
Las de presas de gavión en micro-cuencas disminuyen el escurrimiento por las
paredes del caudal ayudando a reducir la erosión del suelo, reforestando la zona y
disminuir la probabilidad de desbordamientos en ríos, lagos y presas.
Objetivo:
Implementar una construcción de presas de gavión en la zona de Pie de Gallo, Qro,
aplicando conocimientos de ingeniería civil, para restaurar la flora y reducir la
desertificación del suelo e inundaciones, con la finalidad de ayudar a la sociedad
dedicada a la agricultura en la micro-cuenca ubicada en ese lugar.
Metodología:
Se hizo un estudio hidrológico para ubicar la zona donde será más factible la
construcción de las presas de gaviones.
Para llevar a cabo todo el procedimiento
siguiente utilizamos el modelo kineros: Es
un modelo orientado al proceso físico que
describe la intercepción, infiltración,
drenaje y superficie de erosión en
pequeñas cuencas.
Mediante software se modelan las
condiciones iniciales de las presas de
gaviones en el lugar, de esta manera
obtenemos graficas las cuales nos permiten
hacer conclusiones y ver si efectivamente se
cumple la hipótesis planteada en un principio.
La construcción de las presas se realizara de la siguiente manera:
Largo:75cm
Ancho: 75cm
Alto:75cm
Volumenes de las presas:
Finalmente se evaluará la efectividad de las presas conforme los datos ontenidos y
de esa manera elaborar una conclusion sobre nuestro proyecto.
Resultados y discusión:
A continuacion se mestran las gráficas de los resulados modelados obtenidos por
medio de software ArcGis partiendo de las condicions iniciales ya mencionadas.
Gráfica 1.1
Gráfica 1.2
La gráfica 1.1 muestra el volumen de escurrimiento que sale de la cuenca en m3/s
que se produce con y sin las presas de gaviones, como se puede observar las
presas reducen hasta un 77.27% del escurrimiento.
La gráfica 1.2 muestra la retención de los sedimentos en Kg/s con y sin las presas,
de igual manera se puede observar que la perdida de sedimentos se reduce en
86.15%.
0
20
40
60
80
100
120
140
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Pre
cip
itac
ión (
mm
/h)
Des
carg
a (m
3/s
)
Tiempo (min)
Sin
presas
0
20
40
60
80
100
120
1400
20
40
60
80
100
120
140
0 100 200 300 400 500 600 700 800P
reci
pit
ació
n (
mm
/h)
Sed
imen
tos
(kg/s
)
Tiempo (min)
Sin
presas
Conclusiones:
El presente proyecto tiene la finalidad de conocer y hacer conciencia del grado de
afectación de la erosión en la micro-cuenta Pie de gallo, Qro. La cual presenta
diversas áreas con un alto grado de erosión que trae como consecuencia perdida
de terreno para cultivos lo que trae consigo efectos nocivos para las personas de
dicha localidad así como también a toda la flora y fauna de la zona.
Derivado de los resultados obtenidos con el presente trabajo se pudo constatar la
eficacia de la utilización gaviones por lo que se recomienda construir estas presas
de gaviones para la captaciónn de sedimentos en los puntos señalados
anteriormente por ser el área donde se presentan los más altos índices de erosión
en la micro-cuenca seleccionada.
Referencias bibliográficas:
https://www.ecured.cu/Erosi%C3%B3n_del_suelo
http://www.oasification.com/archivos/C25-Acta44.pdf
https://consultalascruces.wordpress.com/2012/04/24/que-es-una-represa/
http://mundogavion.blogspot.mx/2015/06/ventajas-y-desventajas-de-los-
muros.html
https://tiposdegaviones1.jimdo.com/
http://probosque.edomex.gob.mx/presas_gavion
https://www.google.com/search?ei=lkqJW8rAIIqWsAXG6ZGQDA&q=suelos+l
itosoles+caracteristicas&oq=litosoles+suelos+cara&gs
https://books.google.com.mx/books?id=14UdCwAAQBAJ&pg=PA138&lpg=PA138&dq=como+han+ayudado+las+presas+de+gaviones+en+otros+paises&source=bl&ots=97n6FCtoxA&sig=c5Jt2cs66zCndpN12pP2XxYfrE0&hl=es-419&sa=X&ved=2ahUKEwjEsfjRg5rdAhUSQq0KHTt4AP4Q6AEwC3oECAMQAQ#v=onepage&q=como%20han%20ayudado%20las%20presas%20de%20gaviones%20en%20otros%20paises&f=false http://www.fao.org/ag/esp/revista/9812sp2.htm
INFILTRACIÓN Y DRENAJES EFICIENTES EN CANCHAS DE FUTBOL.
CASO DE ESTUDIO: ESTADIO UNIVERSITARIO, UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE
QUERÉTARO.
Suarez Arvizu Yanet Alejandra1; García Monroy Marcos1; Garrido Pacheco José
Abraham1; Ríos-Moreno G.J2.
1Facultad de Ingeniería, Departamento de Ingeniería Civil, Universidad Autónoma de
Querétaro, C.P. 76010, Querétaro, México.
2Facultad de Ingeniería, Universidad Autónoma de Querétaro, C.P. 76010,
Querétaro, México.
*Autor de correspondencia: [email protected]
Resumen.
El mal estado en canchas de fútbol impide su uso debido al desgaste del césped y el
drenaje deficiente; se desea analizar los daños encharcamientos y pérdida de
geotextiles para así dar una solución óptima apoyándonos en pruebas hidrológicas e
hidráulicas y mediante el software HEC-HMS; para realizar de manera amigable las
actividades recreativas que se desarrollan ahí. Los resultados mostraron de acuerdo a
las pruebas de infiltración que es posible captar aproximadamente 25 mm de lluvia
reduciendo considerablemente los encharcamientos y la pérdida de geotextiles;
mediante el software HEC-HMS se obtuvo un volumen de escurrimiento de 51.98 mm
a la salida de la cuenca de acuerdo a la precipitación.
Antecedentes y fundamentación teórica.
La primera regla que establece la FIFA es el terreno de juego. En la actualidad, las
Reglas de juego no especifican absolutamente nada sobre la superficie de juego y
queda al criterio de las Asociaciones y Ligas utilizar la superficie que deseen.
(Corrales, 2008). El sistema de drenaje utilizado en estos escenarios, es el compuesto,
que consiste en una serie de líneas laterales de tubos perforadas que descargan el
agua captada en una línea de tubos colectores, que a su vez descargan en una tubería
principal y esta conduce el agua hacia una salida satisfactoria. Los elementos que
hacen parte de la red de drenaje compuesto son: laterales, colectores y principal que
trabajan en conjunto con una serie de estructuras auxiliares como cámaras de
inspección y salidas (James, 1972). Existen dos tipos de canchas, una de ellas es en
Arenillas de superficie descubierta, el cual recomienda un bombeo transversal de (0-
0.5%) y otra; con gama artificial o natural, el cual recomienda un bombeo transversal
de (0-1%), dicho bombeo consiste en darle al terreno de juego una inclinación
inapreciable para la visual tomada desde la cancha hacia las bandas laterales, con el
fin de drenar superficialmente sin causar erosión. (Medellín, 2001). El drenaje en
campos deportivos se emplea para mantenerlo libre de agua durante y después de
una lluvia de gran cuantía evitando la suspensión del partido o el aumento en el tiempo
de utilización, por esta razón es muy importante tener en cuenta la infiltración y los
escurrimientos que hay en el campo de juego para así poder tener un drenaje eficiente.
Descripción del problema.
La cancha de fútbol del Estadio Universitario es uno de los escenarios deportivos de
mayor importancia en la Universidad Autónoma de Querétaro, ya que en éste se
ejecutan los partidos de fútbol oficiales en sus diferentes categorías. El mal estado
físico de la cancha de fútbol afecta a la sociedad estudiantil, como a los jugadores que
realizan sus encuentros en dicho escenario; cuyas condiciones son malas en cuanto
a estado del terreno de juego, a la ausencia de césped y a la suspensión de partidos
por causa de lluvia. En el presente se buscan determinar las causas de dichos
problemas y proponer una solución. Dentro de las observaciones inmediatas el campo
de fútbol carece de un sistema de drenaje que permita la rápida y eficiente evacuación
de los excesos de agua de lluvia dando origen a encharcamientos y al deterioro del
terreno, que se agrava con el uso.
Justificación del proyecto.
Con proyecto se busca que los mayores beneficiados sean principalmente los alumnos
de la universidad, docentes administrativos y personas que acudan a participar de los
eventos que se llevan a cabo en dichas instalaciones, implementando actividades no
solo deportivas sino también recreativas, culturales y educativas que generarán
ingresos importantes en términos monetarios mejorando cada vez la experiencia en
cada visita y sea este proyecto sinónimo de seguridad y calidad.
Hipótesis.
Por medio de pruebas hidrológicas e hidráulicas y mediante el software HEC-HMS; es
posible analizar los daños de encharcamientos y pérdidas de geotextiles en canchas
de fútbol; y con ello dar una solución óptima para la funcionalidad de la cancha en
cada jornada.
Objetivo.
Analizar los daños de encharcamientos y pérdida de geotextiles en canchas de futbol
caso de estudio: Estadio Universitario, Universidad Autónoma de Querétaro para así
dar una solución óptima apoyándonos en pruebas hidrológicas e hidráulicas y
mediante el software HEC-HMS; para garantizar en cada jornada la funcionalidad de
la cancha.
Metodología.
Planimetría
La Figura 1 es una representación del lugar de estudio que contiene la información
de altimetría del campo
Figura 1. Curvas de nivel del terreno de escurrimiento.
Infiltración
El dispositivo utilizado para obtener el índice de infiltración, la longitud de lámina de
agua por unidad de tiempo, es un infiltrómetro Turf-Tec.
El método usado en esta prueba es llamado, prueba saturada. Este método se lleva
a cabo con el infiltrómetro Turf-Tec directamente en el suelo a probar y llenando los
anillos de dos a tres veces, permitiendo que el agua se infiltre dentro del suelo entre
cada llenado. Una vez que el suelo está saturado la prueba se puede llevar a cabo.
La Figura 2 muestra la localización donde se hicieron las pruebas de infiltración
Figura 2. Localización de pruebas de infiltración en sitio.
Precipitaciones
Para el análisis de las precipitaciones que se presentan en la zona metropolitana de la
ciudad de Querétaro, se utilizó información recabada de la red CIAQ (Centro de
Investigación del Agua-Querétaro). Dicha red es operada por la Facultad de Ingeniería
de la UAQ.
Análisis Hidrológico
Se utilizó el software HEC-HMS para realizar un micro estudio hidrológico del campo
de fútbol, para el cual se ha considerado el área del campo como una cuenca.5 Para
el correcto funcionamiento de este programa, es necesario contar con una información
específica de la precipitación, como lo es un histograma (representación de la
precipitación a través del tiempo). Dicho histograma ha sido construido a partir de la
información obtenida de la Red CIAQ, de la estación Cerro de las Campanas.
En el programa se cuentan con diferentes variables, asociadas al suelo, como lo es
las pérdidas iniciales y la infiltración constante (dichas variables asociadas
directamente a la capacidad de infiltración del terreno), la permeabilidad del suelo así
como el tiempo que tarda el escurrimiento en llegar al punto de salida.
Resultados
La Tabla 1 muestra el escurrimiento que existe sobre el campo de fútbol, dicho
escurrimiento se ve afectado por la infiltración que tiene el suelo, además de que en
este caso no existe un gasto directo o base (como es el caso de los ríos que presentan
flujo todo el año).
Tabla 1. Escurrimiento en el campo de fútbol.
La precipitación en nuestra cuenca, presenta un volumen total de precipitación de 84
mm, de los cuales pierde un volumen de 25.42 mm debido a las pérdidas iniciales y a
la infiltración. Obtenemos un volumen de escurrimiento de 51.98 mm a la salida de la
cuenca. En la gráfica que se muestra a continuación nos muestra la manera en la que
se presenta el flujo en el campo de fútbol a través del tiempo. Inicialmente el caudal es
bajo, debido a que la precipitación se infiltra en el terreno, con el paso del tiempo esa
lámina de lluvia ya es capaz de infiltrarse por lo cual comienza el escurrimiento.
Después de cierto tiempo, la mayor parte de la lámina de lluvia comienza a escurrir,
mientras que un bajo porcentaje es el que se infiltra. Esto puede depender del
contenido de humedad que tenga el suelo, ya que si se encuentra en temporada de
sequía, el suelo será capaz de retener una mayor cantidad de agua, caso contrario de
la temporada de lluvias, debido a la saturación del suelo, la gran mayoría de la lámina
de lluvia, va a escurrir.
La Figura 3 muestra como es la infiltración en el lugar de estudio en una precipitación
típica.
Figura 3. Escurrimientos a lo largo de la precipitación en el campo.
Referencias.
Julio Eduardo Corrales Montes. (2008). Estudio para el diseño de drenaje, riego y
gramado de la cancha de fútbol del estadio “Arturo Cumplido Sierra” del municipio de
Sincelejo. Agosto 02, 2018, de Universidad de Sucre Sitio:
http://www.unisucre.edu.co/index.php/informacion-general
Agustín Felipe Breña Puyol. (2006). HIDROLOGIA BASICA Y APLICADA. CDMX,
México: Casa abierta al tiempo.
Hydrologic Engineer Center. (1964). HEC-HMS. Marzo 20, 2017, de US Army Corps
of Engineers Sitio web: http://www.hec.usace.army.mil/software/hec-
hms/features.asp
00.010.020.030.040.050.060.070.080.09
14:00 14:30 15:00 15:30 16:00 16:30 17:00 17:30
Flo
w (
cms)
Time
Flujo vs Tiempo
DISEÑO ERGONÓMICO PARA AULA EDUCATIVA IMPLEMENTANDO MATERIAL
APTO PARA UN DESARROLLO COMPETENTE DEL ALUMNO
Tarazona Tovar Henry Edwin1*, Sánchez Reséndiz Fernando1*, G.J. Rios-Moreno2
1Facultad de Ingeniería, Departamento de Ingeniería Civil, C.P. 76010, Cerro de las
campanas S/N, Universidad Autónoma de Querétaro, México.
2Facultad de Ingeniería, C.P. 76010, Cerro de las campanas S/N; Universidad
Autónoma de Querétaro, México.
*Autor de correspondencia: [email protected]
Resumen.
Proveer a la población estudiantil un espacio adecuado de opciones recreativas que le
provoquen placer y descanso, el cual es sumamente necesario; debido a esto, con la
aplicación de propuesta que se desarrolla en este trabajo la comunidad estudiantil
tendrá un mayor acceso a este tipo de actividades, además se tendrán más opciones,
dándole al estudiante la oportunidad de elegir algo que disfrute. En cambio, la falta de
espacios para realizar las actividades culturales en la Universidad Autónoma de
Querétaro. La vida cotidiana se ve afectada por la rutina, las obligaciones y la falta de
interés, lo cual llega a provocar tensiones, cansancio, estrés y una seria de situaciones
que deben ser atendidas por medio de un proceso que permita la recuperación de las
capacidades y energías perdidas. Con esto se propone diseñar y sugerir una
estructuración en el área de recreativa cultural para la UAQ, encaminado a solventar
los problemas respecto a los espacios para los programas que ofrece la universidad.
Se diseñará un espacio donde se satisfagan las necesidades de los alumnos y
maestros, desarrollando un proyecto ejecutivo, tomando en cuenta las normas para la
construcción de áreas culturales el cual tendrá que ser aprobado por las autoridades
competentes. Buscando que el resultado del proyecto sea eficiente y se logre el
objetivo el cual es tener un espacio que cumpla con todas las necesidades para poder
impartir las clases de optativas de una manera adecuada.
Palabras claves: Cultura, educación, recreación, ergonómico.
Antecedentes.
En México los centros y casas culturales son un elemento fundamental ya que nuestro
país tiene una gran diversidad de cultura. En 1947 nace el instituto nacional de bellas
artes (INBA). Los programas de difusión y educación artística eran muy limitados y se
concentraban en unas cuantas ciudades. En la década de los 50 INBA pone en
funcionamiento los centros regionales de iniciación artística CRÍA. Años más tarde en
1977, el INBA crea el programa nacional de casas de cultura, en esta época son
creadas más de 50 casas culturales en el país y muchas de ellas evolucionaron y se
constituyeron como consejos, institutos y secretarías estatales de cultura.
Actualmente, existen más de 1700 casas de cultura y centros culturales, administrados
tanto por instituciones públicas y privadas. Por otra parte, en Querétaro nace la UAQ
una casa de estudios superiores la cual tiene como objetivo preparar a su comunidad
no solo en actividades laborales si no también en un ámbito socio-cultural por lo cual
demanda espacios donde se puedan impartir dichas clases optativas y artística.
Descripción del problema.
Los principales obstáculos para desarrollar las actividades culturales en la UAQ son la
escasez espacios. Dentro del plan curricular, existen distintas materias optativas
culturales y artísticas, sin embargo, la falta de un espacio especializado para
desempeñar dichas materias genera un impedimento en cuanto a disposición de la
comunidad. Como consecuencia al no tener los espacios adecuados para este tipo de
actividades repercute directamente en el aprendizaje del alumno, se tiene una gran
pérdida de clases, los horarios son muy limitados y el espacio para poder cursar la
materia es muy pequeño por lo cual muchos alumnos se quedan afuera y no pueden
tomar la clase. Combatir el estrés, que es un factor de riesgo para la salud. Estudios
demuestran que el estrés ocasiona un mayor número de quejas físicas y psicológicas
(Christopher, Ramsey y Antick, 2013; Glise, Ahlborg y Jonsdottir, 2014). Para ello una
estrategia que este enfocada en las emociones y pasatiempos como la actividad
artística y recreativa ayuda a la salud y sirven como distractor y un alivio de las
preocupaciones a través del crecimiento cognitivo y emocional, ya que permite
concentrar la atención en estímulos placenteros o distintos (Reynolds, Vivat y Prior,
2008; Stacey y Stickley, 2010; Van Lith, Fenner y Schofield, 2011)
Justificación del proyecto.
De acuerdo con (Roque,1999), la vida cotidiana se ve afectada por la rutina, las
obligaciones y la falta de interés, lo cual llega a provocar tensiones, cansancio, estrés
y una serie de situaciones que deben ser atendidas por medio de un proceso que
permita la recuperación de las capacidades y las energías perdidas. Dicho proceso
está caracterizado por un descanso activo, por la ejecución de actividades diferentes,
libremente elegidas y que proporcionan placer. Señala, además este autor, que ese
placer se logra por medio de opciones recreativas. La recreación tiene un propósito
intrínseco que va más allá de la participación; fortalece valores, principios, creencias y
todos aquellos aspectos que procuran el crecimiento integral de la persona y de la
sociedad. Al respecto, (Hernández y Gallardo, 1994), mencionan que la recreación
significa, actualmente, la necesidad del ser humano de realizar una actividad vital que
constituya un complemento a su formación. El analizar un espacio ergonómico facilita
el desarrollo dinámico en las aulas y disminuyen las limitaciones de los usuarios
además hace referencia a la relación entre diseño ergonómico, ruido y productividad,
la cual es importante para contribuir el aumento de productividad del hombre, (Párraga
Velásquez, 2014)
Hipótesis.
Implementar la cultura en la vida de los estudiantes es de suma importancia y tener
los espacios adecuados fortalecerá el interés. El diseño reducirá la incomodidad y
fatiga en docentes y estudiantes. Además, aumentara la cultura en la universidad y se
vera un mayor progreso ya que donde hay mayor cultura, infraestructura, mayor nivel
de salud, etc. Por lo tanto, aumenta el número de ingenieros y gente profesionista
(Santillan, 2004)
Objetivo.
Diseñar y construir aulas especializadas para las materias de optativas culturales,
considerando los requerimientos de espacio y adecuación de la instalación propia para
el desarrollo de las materias, con la finalidad de lograr un aprendizaje adecuado e
integral en los alumnos, formando un amplio desarrollo hacia la comunidad estudiantil
para lograr una estimulación adecuada en el aprendizaje del alumno, con una
ergonomía apta.
Metodología.
Definición de
alcances
Estudios
preliminares
Anteproyecto
Proyecto
arquitectónico
Proyecto
ejecutivo
Ejecución de
obra
Se identificarán las necesidades respecto a las aulas
donde se llevan a cabo actividades culturales dentro de la
universidad. Esta metodología que se empleará será
necesaria para cuantificar el impacto que tendrá en la
comunidad universitaria. Se desarrollarán estudios en
distintas áreas, exhibiendo y analizando los resultados
para así poder comenzar la elaboración de un espacio
adecuado a las necesidades requeridas. Se realizó una
propuesta de diseño en AutoCAD (Fig. 1 y 2) para distinguir
y observar el déficit del aula y paso a paso implementar e
innovarlo. Se comenzará con algunos estudios
preliminares donde se analizará la topografía del terreno,
el suelo y estudios hidrológicos. Posteriormente se
desarrollará un anteproyecto el cual es un conjunto de
estudios que se generan con el terreno que se usara para
la construcción así mismo un análisis de costos. Proyecto
arquitectónico, donde se realizará planos arquitectónicos,
estructurales, cortes, fachadas, obra civil e instalaciones.
Dichos estudios se ven reflejados en planos, memorias de
cálculo y memorias descriptivas que crean las
especificaciones y recomendaciones para el desarrollo y
correcta ejecución de la obra. Al desarrollar el proyecto
ejecutivo se deberá contar con los siguientes aspectos:
Planos Arquitectónico y de Ingenierías con detalles
constructivos, catálogos de conceptos, memorias de
cálculo, especificaciones técnicas. En la ejecución de Obra
se deberá tener: Gestión de permisos, concursos de obra,
supervisión de obra, puesta en operación del inmueble.
Resultados y discusión.
Fig. 1 Diseño en 3D del aula.
Figura 1. Ubicación de la propuesta de construcción del aula educativa ergonómica
Conclusión.
Una de las señales de identidad en la UAQ ha sido y seguirá siendo la cultura, objetivo
para el cual las aulas culturales son una gran herramienta. Al crear y modificar una
edificación la cual pueda ser eficiente y ergonómica para realizar las distintas
actividades culturales que la UAQ ofrece a su comunidad, tendremos como resultado
un mejor aprendizaje, además se tendrá la posibilidad de implementar nuevas
optativas y así aumentar diversidad cultural. Esperamos que futuras generaciones
puedan darle un gran uso a esta aula y sea de gran utilidad, cumpliendo el objetivo
Fig. 2 Diseño 3D del aula
Se realizo un modelado en
AutoCAD en 3D del diseño
propuesto, adaptado para que
se desarrollen distintas áreas
recreativas con las que se
impulsen sus habilidades
motrices e intelectuales al
máximo.
Se espera una edificación
funcional que tenga una
distribución adecuada, material
ergonómico y confortable para
su comunidad. Este espacio
podrá tener la capacidad entre
35 a 40 alumnos, con sillas
ergonómicas adaptadas para
mejorar la postura.
general que esta tiene, siendo así que los alumnos se interesen cada día un poco más
por tomar más materias de optativas culturales, logrando quizás, que se tenga una
continuidad de fomentar la diversidad en las aulas y reforzar temas o habilidades que
todos tenemos.
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OBTENCIÓN DE MICROPARTÍCULAS DE SIO2 MEDIANTE EL PROCESO SOL-
GEL
Vázquez Orduña María Guadalupe1 De Santiago Ramírez Viviana1 Flores Hernández Cynthia
Gabriela2 y Gómez Guzmán Oscar2*
Resumen
Utilizando el proceso sol-gel se obtuvieron partículas de SiO2 con tamaños menores a
50 μm. Se utilizaron razones molares 1:11.6:4 de teos, agua y etanol respectivamente
reportadas en la literatura para la obtención de los polvos de SiO2. Las muestras fueron
tratadas a 300, 500 y 700 °C y se obtuvieron micrografías de estas muestras mediante
SEM. Se observaron las bandas características de los modos vibracionales del SiO2
mediante espectroscopia infrarroja. Las micropartículas obtenidas fueron dispersas en
PLA para su estudio en futuras aplicaciones.
Antecedentes y fundamentación teórica
Micropartículas y Nanopartículas de sílice son materiales de gran interés en áreas
como la medicina, bioquímica, electrónica, óptica, construcción y farmacéutica entre
otras (Brinker,1990). Estas partículas tienen aplicaciones como aditivos para
operaciones de espumación convencionales, materiales de embalaje de
cromatografía, agentes de liberación controlada, encapsulación de productos, catálisis
y adsorbentes de alta superficie (Moner, 2003). Bhaskara y colaboradores (Bhaskara
Rao, 2014) sintetizaron micropartículas de sílice para inmovilización y liberación de
droga. Kurumada y colaboradores (Kurumada, 1998) estudiaron la formación de
micropartículas de SiO2 mediante diferentes técnicas de caracterización como SEM,
EDS, SAXS Y BET.
1Estudiantes de la carrera de Ingeniera en Materiales, e-mail: [email protected], [email protected]. 2 Profesores de la carrera de Ingeniería en Materiales y del Posgrado en Ingeniería. Tecnológico Nacional de México / I.T. Querétaro. Av. Tecnológico esq. Mariano Escobedo S/N Centro Histórico, C.P: 76000, Querétaro, Qro. 2* e-mail: [email protected]
El proceso de sol-gel se ha utilizado ampliamente para la síntesis de materiales a base
de sílice de alta tecnología como micro y nanopartículas, películas delgadas, fibras,
monolitos, etc (Moner, 2003). Este proceso consiste básicamente en la formación de
redes compuestas por elementos inorgánicos obtenidos a través de dos reacciones
químicas simultáneas la hidrólisis y condensación, las cuales, se inician a partir de una
solución homogénea de alcóxido, alcohol, agua y un catalizador que puede o no, ser
utilizado (Ramírez, 2010). Durante la reacción de hidrolisis, los iones hidroxilo atacan
al átomo metálico formando como producto intermedio grupos silanoles y etanol, como
se observa en la ecuación (1).
𝑆𝑖(𝑂𝑅)4 + 𝐻2𝑂 → 𝐻𝑂 − 𝑆𝑖(𝑂𝑅)3 + 𝑅𝑂𝐻 (1)
Posteriormente, dos moléculas parcialmente hidrolizadas llevan a cabo una reacción
de condensación. Esta reacción de condensación puede liberar una molécula de agua
o etanol y, conforme la reacción avanza, se forman moléculas lineales que se
entrelazan formando una red tridimensional de SiO2, ecuación (2) (Márquez, 2009;
Araujo, 2000).
(𝑂𝑅)3𝑆𝑖 − 𝑂𝐻 + 𝐻𝑂 − 𝑆𝑖(𝑂𝑅)3 → (𝑂𝑅)3𝑆𝑖 − 𝑂 − 𝑆𝑖(𝑂𝑅)3 + 𝐻2 𝑂 (2)
(𝑂𝑅)3𝑆𝑖 − 𝑂𝑅 + 𝐻𝑂 − 𝑆𝑖(𝑂𝑅)3 → (𝑂𝑅)3𝑆𝑖 − 𝑂 − 𝑆𝑖(𝑂𝑅)3 + 𝑅𝑂𝐻
Los precursores sufren varias reacciones de hidrólisis y policondensación para formar
una dispersión coloidal que después de una polimerización lenta forma un gel.
Finalmente, el gel es deshidratado y eventualmente tratado térmicamente para obtener
el material nanoestructurado final (Zanella, 2012).
Descripción del problema
Mediante el proceso sol-gel se obtuvieron partículas de SiO2 con tamaños menores a
50 µm utilizando un proceso de molienda manual y tamizado. Posteriormente las
partículas son sinterizadas a 300, 500 y 700 °C para su análisis. Estas partículas, en
una segunda etapa serán incorporadas y dispersas a una matriz polimérica de PLA
para obtener membranas de PLA-SiO2 con buenas propiedades mecánicas y con
futuras aplicaciones como envolventes de alimentos. Además, las membranas podrán
prevenir la oxidación, deterioro, rancidez o contaminación de alimentos promoviendo
un aumento en su periodo de vida.
Hipótesis
Mediante el proceso sol-gel sintetizar xerogeles de SiO2 y mediante molienda y
tamizado con diferentes números de mallas se logran obtener polvos con tamaños de
partículas menores a 50 µm.
Justificación del proyecto
En la actualidad las micropartículas juegan un papel importante en el desarrollo de
nuevos materiales. Significativos avances se han dado en campos como la producción
y almacenamiento de energía, captura de gases contaminantes, tratamiento de
enfermedades y reducción de la contaminación en alimentos. Uno de los intereses en
el área de alimentos es alargar la vida de anaquel de ciertos alimentos como frutas y
prevenir su contaminación y oxidación. Desde este punto de vista, en esta primer etapa
del presente trabajo se sintetizaron micropartículas de SiO2 mediante el proceso sol-
gel con tamaños menores a 50 μm, con la finalidad de que en una segunda etapa estas
micropartículas se logren incorporar a una matriz polimérica de PLA para obtener
membranas de PLA-SiO2 con buenas propiedades mecánicas. En una tercera etapa
se incorporará a estas membranas partículas de Ag para darle propiedades
antimicrobianas y así puedan tener una aplicación como envolventes de ciertos
alimentos para prevenir su contaminación y tener una vida de anaquel más alta.
Objetivo
Obtener micropartículas de SiO2 mediante el proceso sol-gel con tamaños menores a
50 μm mediante molienda manual y tamizado e incorporar estas micropartículas a una
matriz polimérica.
Metodología
La preparación de los polvos de SiO2 se llevó a cabo de la siguiente manera: se
depositan 15.28 ml de TEOS (tetraetilortosilicato Si (OC2H5)4 ) y 15.7 ml de etanol en
un vaso de precipitado, esta mezcla es agitada por 10 min con la ayuda de una parrilla
con agitación magnética (solución 1). En otro vaso de precipitado se mezclan 9.32 ml
de agua destilada, 0.1 ml (0.3 y 0.5 ml) HF y 0.5 ml de HNO3 y se agita con un agitador
de vidrio para homogeneizar la solución (solución 2). Después de 10 min se agrega la
solución 1 a la solución 2 y se agitan en una parrilla de agitación magnética por un
periodo de 50 min tiempo en que ocurre la hidrolisis. Después de la hidrolisis la
solución es vertida en celdas de plástico y mantenidas en reposo hasta la gelación.
Una vez que las muestras gelaron, estas son secadas en un horno a 50°C por 48
horas. Los gránulos obtenidos se someten a molienda manual utilizando un mortero
de ágata, posteriormente los polvos son sometidos a tratamiento térmico de 300, 500
y 700 °C con el fin de eliminar solventes residuales. Finalmente, las muestras de polvos
se someten nuevamente a molienda manual y se hacen pasar por distintos números
de mallas, desde la 041 hasta 021, con ayuda de agitador de mallas (Tamiz GEOTECH
SAND SHAKER), esta última corresponde a una abertura de malla de
aproximadamente 53.3 𝜇m.
Resultados y discusión
En la Figura 1 a) se muestran los polvos obtenidos por molienda y un tamizado con
tamaño de malla 53.3 𝜇m. En la Figura 1 b) se muestran los espectros IR de las
micropartículas de SiO2 tratadas a temperaturas de 300, 500 y 700 °C. Se observan
las bandas de absorción correspondientes a las vibraciones silicio-oxígeno a 450, 800,
1080 cm-1. La banda entre 1075 a 1080 cm-1 es una vibración de estiramiento (Si-O-
Si), la banda en 1610-1650 cm-1 es asignada a la deformación del agua molecular y
resulta de las deformaciones angulares de los enlaces O-H en H2O, la banda entre
2830-3000 cm-1 corresponden a las bandas de OH característicos del SiO2. (Rodríguez,
2016). En la Figura 2 se muestran las micrografías de las micropartículas obtenidas
por SEM. En estas imágenes se observan aglomeraciones de micropartículas de
tamaños menores a 50 𝜇m. Las imágenes 2 a), b) y c) corresponden a los polvos
tratados a 300, 500 y 700 °C respectivamente.
Figura 1. a) Micropartículas de SiO2. b) Espectro IR de los polvos de SiO2 de secado a diferentes temperaturas.
ba
Figura 2. Micropartículas de SiO2 a) a 300oC, b) 500oC, c) a 700oC observadas en
SEM
Como una posible aplicación, las micropartículas obtenidas fueron incorporadas como
refuerzo a una matriz polimérica, en este caso, un biopolímero como el PLA (ácido
poliláctico). Las micropartículas muestran una buena dispersión en la matriz como se
observa en la figura 3 b).
Figura 3. a) Película de PLA sin refuerzo b) Película de PLA con 1% de
micropartículas de SiO2
Conclusiones
Se logró obtener polvos de SiO2 de tamaño micrométrico mediante el proceso sol-gel
utilizando una relación molar de 1:11.6:4 de teos, agua y etanol respectivamente.
Molienda manual y tamizado con número de malla entre 041y 021 permitió obtener
micropartículas de tamaño menor a 50 μm. El análisis mediante SEM de los polvos
obtenidos muestran tamaños de micropartículas entre 20 y 50 μm y aglomerados con
tamaños más grandes. Los espectros IR de los polvos obtenidos muestran los modos
vibracionales característicos del SiO2. Estas micropartículas de SiO2 fueron
dispersadas en una matriz polimérica de PLA (ácido poliláctico) mostrando buena
dispersión en la matriz. Esto con la finalidad de futuros estudios en membranas de PLA
a) b)
c)
a)
b)
reforzadas con micropartículas de SiO2 que pueden ser utilizadas como envolventes y
conservador de alimentos en anaquel. Finalmente, el presente trabajo muestra la
metodología desde la preparación hasta la caracterización de polvos de SiO2
obtenidos mediante el proceso sol-gel y ha permitido a los estudiantes involucrados
acercarse a la investigación y puede servir como referencia para otros estudiantes o
profesores interesados en la ciencia de materiales y en general en la investigación.
Agradecimientos
Los autores agradecen al 20° Verano de la Ciencia Región Centro 2018, al proyecto
ITQ-LI-007-2017 financiado por el Instituto Tecnológico de Querétaro y al laboratorio
de Materiales y Nanotecnología del Posgrado en Ingeniería del ITQ. A todos por su
apoyo económico y de instalaciones para el buen desarrollo del presente proyecto.
Bibliografía
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